A principios del siglo pasado se formuló un modelo estándar para explicar la constitución del universo que hasta el día de hoy no ha cambiado. Lo describe como una vasta extensión uniforme sin características notables. Se planteó para dar luces sobre cómo se creó y ha evolucionado desde entonces. Sin embargo, en los últimos años un cúmulo de observaciones astronómicas ha arrojado dudas sobre el actual modelo cosmológico de la humanidad, lo que ha llevado a preguntarse si necesita ser revisado o descartado por completo. Los mejores cosmólogos del mundo se reunieron recientemente en la Royal Society de Londres para debatir y buscar respuestas a esas inquietudes.
Estos hallazgos anómalos incluyen observaciones que sugieren que el universo se está expandiendo más rápidamente en ciertas regiones que en otras, evidencia de flujos cósmicos (enormes trayectorias celestes donde el universo debería ser suave y sin rasgos característicos) y una visión desequilibrada del cosmos que podría socavar la base de la energía oscura.
Aspectos clave de la discusión
Algunos de cosmólogos citados manifestaron dudas sobre la vigencia de un modelo propuesto en 1922. «Aunque tenemos datos sólidos, la base teórica está desactualizada. Cada vez más astrónomos respetados están expresando la misma preocupación», sostiene el profesor Subir Sarkar, de la Universidad de Oxford y coorganizador de la reunión.
Nathan Secrest, un colaborador de Sarkar del Observatorio Naval de los Estados Unidos, mostró hallazgos sobre la posibilidad de que el universo esté ligeramente desequilibrado. Su equipo de trabajo descubrió que un hemisferio del cielo parecía albergar aproximadamente un 0,5% más de fuentes que el otro. Para precisar el dato analizaron un catálogo de más de 1 millón de cuásares (núcleos galácticos extremadamente luminosos). Aunque no parece una gran discrepancia, Sarkar considera que de llegar a confirmarse esta asimetría, se socavaría la base de la energía oscura, que se supone que es el componente dominante del universo.
Al parecer, esa asimetría también está presente en la velocidad de expansión del universo, pues lo haría más rápidamente en algunas regiones que en otras. Konstantinos Migkas, de la Universidad de Leiden, sugiere que a escala local, al menos, las observaciones no coinciden con las predicciones del modelo estándar. “Podemos extrapolar que está mal en todo el universo”, agrega.
Por su parte, Alexia López, estudiante de doctorado en la Universidad de Central Lancashire, descubrió lo que parecen ser megaestructuras cósmicas llamadas Big Ring y Giant Arc. Estas formas, trazadas por galaxias, desafían aún más nuestra comprensión actual del cosmos. Ocurren en una escala más allá de la cual el universo debe ser suave y efectivamente sin rasgos distintivos. “Cuando estamos encontrando una lista de estructuras que exceden esta escala, ¿están desafiando esta suposición que es tan fundamental en cosmología?”, afirma López. Por lo cual propone hacer un análisis más crítico del modelo estándar.
Nada concluyente
El astrofísico de la Universidad de Cambridge, George Efstathiou, se muestra más escéptico en cuanto a la revisión del modelo y asegura que no era cierto que el modelo no hubiera sido interrogado repetidamente. “La gente me acusa de defender el modelo”, dijo. “Pero lo que no se dan cuenta es cuánto tiempo pasó tratando de refutarlo. Estoy completamente en desacuerdo con que hay algún tipo de pensamiento grupal”.
Para Efstathiou, ninguna de las anomalías son lo suficientemente convincentes como para socavar la teoría estándar. “La pregunta es: ¿qué tan buenos son los datos?”. Explica que la supuesta asimetría del universo, por ejemplo, podría deberse al uso necesario de múltiples telescopios para observar diferentes hemisferios del cielo. Por lo que al examinarse los datos para buscar patrones inevitablemente habría lo que parecían ser anomalías.
La profesora Wendy Freedman, que presenta nuevos hallazgos del telescopio espacial James Webb, dijo: “Aquí están todos estos hilos tentadores en diferentes niveles de importancia. Necesitamos más exploración sobre dónde, si es que lo hace, se descompone el modelo estándar. No creo que haya algo obvio que resista la prueba del tiempo”.
Para entender
El astrónomo ruso Alexander Friedmann fue quien presentó el modelo estándar n 1922. Con este revolucionó en el campo de la cosmología y nuestra comprensión del universo. Propuso un universo en expansión que desafiaba las creencias de la época sobre un universo estático y eterno. Este concepto sentó las bases para lo que más tarde se conocería como la teoría del Big Bang.
La teoría del Big Bang, desarrollada a partir de las ideas de Friedmann y otros científicos como George Lemaître y Edwin Hubble, postula que el universo se originó a partir de una singularidad extremadamente caliente y densa hace aproximadamente 13.700 millones de años. A partir de este punto inicial, el universo comenzó a expandirse y evolucionar, dando lugar a la formación de galaxias, estrellas y planetas tal como los conocemos hoy en día.
La teoría de la relatividad de Einstein, publicada en 1915, desempeñó un papel fundamental en el desarrollo de la cosmología moderna al proporcionar un marco teórico para comprender cómo la gravedad afecta al espacio y al tiempo. Según la relatividad general, la presencia de materia y energía en el universo curva el espacio-tiempo, lo que da lugar a fenómenos como la atracción gravitatoria entre los cuerpos celestes y la expansión del universo en su conjunto.
A pesar de los éxitos y la robustez del modelo estándar de la cosmología basado en el Big Bang y la relatividad de Einstein, algunos cosmólogos han propuesto teorías alternativas que cuestionan ciertos aspectos de paradigma establecido. Algunos de los motivos que impulsan a estos investigadores a buscar alternativas incluyen la necesidad de abordar cuestiones como la materia oscura, la energía oscura, y la inflación cósmica.
Buscando luz entre tanta oscuridad
La materia oscura es una forma de materia invisible. Representa aproximadamente el 27% de la materia y energía en el universo. Pero su naturaleza exacta sigue siendo un misterio. El modelo estándar puede explicar fenómenos observables como la distribución de las galaxias en el universo. Sin embargo, la presencia de la materia oscura plantea problemas que no pueden ser completamente resueltos dentro de este marco teórico. Por otro lado, la energía oscura es una forma de energía hipotética que se postula para explicar la aceleración de la expansión del universo. Si bien el modelo actual puede dar cuenta de la expansión cósmica, la energía oscura introduce una complejidad adicional que desafía nuestras concepciones actuales sobre la física fundamental.
Además, la teoría de la inflación cósmica, que postula un período de expansión exponencial muy rápida en los primeros instantes del universo, ha ganado terreno en las últimas décadas como una explicación plausible para la homogeneidad e isotropía observadas en el cosmos. Si bien la inflación cósmica ha fortalecido en gran medida el modelo del Big Bang, también plantea interrogantes sobre la naturaleza del universo antes de este período inflacionario.
En este contexto, algunos cosmólogos están explorando teorías alternativas que puedan abordar de manera más efectiva los desafíos planteados por la materia oscura, la energía oscura y la inflación cósmica. Estas propuestas incluyen enfoques como la teoría de las cuerdas, la gravedad cuántica, la cosmología cíclica y la cosmología brane-world, que buscan ampliar nuestra comprensión del universo más allá de los límites del modelo estándar.
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