A día de hoy, la Cosmología, el estudio del Universo como un todo, está entrando en una nueva era gracias al desarrollo de nuevos y mayores telescopios, tanto en tierra como en el espacio. Algunos ejemplos de estos son el proyecto Euclid y las colaboraciones internacionales DESI y LSST.
Uno de los pilares de esta ciencia es el principio cosmológico: dada una escala suficientemente grande, el Universo es homogéneo e isótropo, esto es, tiene las mismas propiedades en cualquier punto del Universo (homogeneidad), sin importar en qué dirección miremos (isotropía). Bajo esta premisa, podemos desarrollar las ecuaciones de Einstein para llegar a una solución exacta, que se conoce como la métrica Friedmann-Lemaitre-Robertson-Walker (métrica FLRW) y que es la que se emplea en los estudios de cosmología actuales.
El principio cosmológico ha sido ampliamente confirmado por muchas y diferentes pruebas observacionales, tales como la distribución de fluctuaciones en el fondo de microondas o la distribución de galaxias. Pero como bien hemos dicho al comienzo, este principio se aplica a partir de unas escalas suficientemente grandes, y esto es importante. ¿A partir de qué escalas podemos asumir este principio? Porque, si miramos al cielo, para nada vemos un Universo homogéneo e isótropo. Al revés, lo que vemos es una distribución de materia altamente inhomogénea y anisotrópica. No hay más que observar la distribución de estrellas y fijarnos en la presencia de la Vía Láctea: las estrellas no se distribuyen uniformemente. Igualmente, si cogemos un telescopio y miramos la distribución de galaxias, veremos algo parecido: estas no se distribuyen homogéneamente sino formando cúmulos, unidas por filamentos de materia y rodeando grandes regiones vacías (lo que en inglés se dice Voids).
Entonces, ¿qué pasa si asumimos el principio cosmológico a escalas en las que el Universo no es homogéneo? Esto, indudablemente, daría lugar a una interpretación equivocada de nuestras observaciones. Hoy en día, nuevos estudios están revisando justamente esta cuestión. ¿Y si algunos de los problemas más acuciantes a los que nos enfrentamos en Cosmología se deben a una mala interpretación del principio cosmológico? ¡Veamos algunos ejemplos!
Desde hace años se conoce una anomalía en el fondo cósmico de microondas (CMB, de sus siglas en inglés) llamada el punto frío, que se identifica como una región del cielo donde la temperatura del CMB es menor de lo que cabría esperar. Varias teorías han intentado explicar esta anomalía, por ejemplo, diciendo que es prueba de la existencia de universos paralelos o, también, que se formó en el Universo temprano. Sin embargo, existe otra posibilidad, y es que esta anomalía venga de la existencia de un superVoid en el Universo. Recientemente, un equipo de investigadores liderado por András Kovács del Instituto de Astrofísica de Canarias hemos puesto a prueba esta teoría, encontrando, efectivamente, una región del espacio con una densidad de galaxias mucho menor en la misma dirección que el punto frío. Si esto se confirma, sería una prueba de la limitación del principio cosmológico a estas escalas.
Otro artículo recientemente publicado indaga en uno de los problemas actuales en Cosmología más importantes: la discrepancia en la medida del ritmo de expansión del Universo (a través de la constante de Hubble, H0). Diferentes experimentos dan diferente valor de esta constante, según la midamos con datos del Universo primitivo o con datos del Universo reciente. Lo que este artículo propone es que la medida de H0 obtenida con datos del Universo reciente ignora los efectos que una distribución inhomogénea de galaxias pueda ejercer. Así, haciendo correcciones al brillo de las supernovas usadas en este tipo de experimentos, obtendremos un valor de H0 igual al obtenido con datos del Universo primitivo, es decir, que no existe realmente la discrepancia en la medida de H0 y es simplemente debido al mal uso del principio cosmológico a las escalas de estudio.
Y para finalizar, quería contarles una hipótesis propuesta para solucionar la expansión acelerada del Universo. En el modelo cosmológico estándar, esta es producida por la energía oscura (asociada con la energía del vacío). Esta otra teoría, sin embargo, ¡propone que la energía oscura no existe! La aparente expansión acelerada del Universo es causada, justamente, por la existencia de estos Voids (regiones con muy baja densidad de galaxias) que hace que la expansión cambie de lugar a lugar y, en promedio, hace que parezca que se expanda aceleradamente.
Estas son algunas de las teorías que ponen en duda la aplicación del principio cosmológico a ciertas escalas. Con ello, cabe decir que para nada se pone en duda este principio. Al revés, la existencia de Voids, cúmulos de galaxias y filamentos es una predicción resultante de su aplicación. Pero en ciencia no se debe dar nada por sentado, hasta los principios más consolidados deben ser revisados cada cierto tiempo a la luz de nuevas observaciones.
BIOGRAFíA: Aurelio Carnero Rosell nació en Santa Cruz de Tenerife. Su formación académica incluye la Licenciatura en Física por la Universidad de La Laguna y el Doctorado en Ciencias Físicas por la Universidad Complutense de Madrid. Tras seis años en el Observatorio Nacional de Río de Janeiro (Brasil) y otros dos años en el Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (Ciemat) en Madrid, volvió a Tenerife como investigador postdoctoral en el Instituto de Astrofísica de Canarias. Actualmente continúa su investigación sobre Cosmología y Física Extragaláctica como miembro de las colaboraciones Dark Energy Survey y Dark Energy Spectroscopic Instrument.
*Sección coordinada por Adriana de Lorenzo-Cáceres Rodríguez
*Adriana de Lorenzo-Cáceres Rodríguez nació en Santa Cruz de Tenerife y es Licenciada y Doctora en Física por la Universidad de La Laguna, con un proyecto de investigación desarrollado en el Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), donde trabaja actualmente. Ha sido investigadora postdoctoral en la Universidad de St Andrews (Escocia), la Universidad de Granada, la Universidad Nacional Autónoma de México y la Universidad Complutense de Madrid. Actualmente estudia la formación y evolución de galaxias como Investigadora Severo Ochoa en el IAC. Es miembro de la Comisión Mujer y Astronomía de la Sociedad Española de Astronomía y coordinadora de esta sección Gaveta de Astrofísica.
