Todo lo que creemos saber sobre la forma del universo podría estar equivocado. En lugar de ser plano como una sábana, nuestro universo podría estar curvado, como un enorme globo inflado, según un nuevo estudio.
Este es el resultado de un nuevo artículo publicado hoy (4 de noviembre) en la revista Nature Astronomy, que analiza los datos del fondo cósmico de microondas (CMB), el débil eco del Big Bang. Pero no todo el mundo está convencido; los nuevos hallazgos, basados en datos publicados en 2018, contradicen tanto años de sabiduría convencional como otro estudio reciente basado en ese mismo conjunto de datos del CMB.
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Si el universo está curvado, según el nuevo trabajo, se curva suavemente. Esa lenta curvatura no es importante para movernos por nuestra vida, ni por el sistema solar, ni siquiera por nuestra galaxia. Pero si se viaja más allá de todo eso, fuera de nuestro vecindario galáctico, muy lejos en la profunda negrura, y eventualmente -moviéndose en línea recta- se hará un bucle y se terminará justo donde se comenzó. Los cosmólogos llaman a esta idea «universo cerrado». Ha existido durante un tiempo, pero no encaja con las teorías existentes sobre el funcionamiento del universo. Por eso se ha rechazado en gran medida en favor de un «universo plano» que se extiende sin límites en todas las direcciones y no da vueltas sobre sí mismo. Ahora, una anomalía en los datos de la mejor medición de la historia del CMB ofrece pruebas sólidas (pero no absolutamente concluyentes) de que el universo es cerrado después de todo, según los autores: La cosmóloga de la Universidad de Manchester Eleonora Di Valentino, el cosmólogo de la Universidad de la Sapienza de Roma Alessandro Melchiorri y el cosmólogo de la Universidad Johns Hopkins Joseph Silk.
La diferencia entre un universo cerrado y uno abierto es un poco como la diferencia entre una sábana plana estirada y un globo inflado, dijo Melchiorri a Live Science. En ambos casos, el conjunto se expande. Cuando la sábana se expande, cada punto se aleja de los demás en línea recta. Cuando el globo se infla, cada punto de su superficie se aleja de todos los demás, pero la curvatura del globo hace que la geometría de ese movimiento sea más complicada.
«Esto significa, por ejemplo, que si tienes dos fotones y viajan en paralelo en un universo cerrado, se encontrarán», dijo Melchiorri.
En un universo abierto y plano, los fotones, sin ser molestados, viajarían a lo largo de sus cursos paralelos sin interactuar nunca.
El modelo convencional de la inflación del universo, dijo Melchiorri, sugiere que el universo debería ser plano. Rebobine la expansión del espacio hasta el principio, hasta los primeros 0,000000000000000000001 segundos después del Big Bang, según ese modelo, y verá un momento de expansión increíble y exponencial a medida que el espacio crecía desde ese punto infinitesimal en el que comenzó. Y la física de esa expansión superrápida apunta a un universo plano. Esa es la primera razón por la que la mayoría de los expertos creen que el universo es plano, dijo. Si el universo no es plano, hay que «afinar» la física de ese mecanismo primordial para que todo encaje, y rehacer otros innumerables cálculos en el proceso, dijo Melchiorri.
Pero eso podría terminar siendo necesario, escribieron los autores en el nuevo estudio.
Eso es porque hay una anomalía en el CMB. El CMB es lo más antiguo que vemos en el universo, formado por la luz de microondas ambiental que inunda todo el espacio cuando se bloquean las estrellas y las galaxias y otras interferencias. Es una de las fuentes más importantes de datos sobre la historia y el comportamiento del universo, porque es muy antigua y está muy extendida por todo el espacio. Y resulta, según los últimos datos, que hay significativamente más «lente gravitacional» del CMB de lo esperado – lo que significa que la gravedad parece estar doblando las microondas del CMB más de lo que la física existente puede explicar.
Los datos en los que se basa el equipo provienen de una publicación de 2018 del experimento Planck – un experimento de la Agencia Espacial Europea (ESA) para mapear el CMB con más detalle que nunca. (Los nuevos datos se publicarán en un próximo número de la revista Astronomy & Astrophysics y ya están disponibles en el sitio web de la ESA. Tanto Di Valentino como Melchiorri formaron parte de ese esfuerzo también).
Para explicar esa lente adicional, la Colaboración Planck acaba de añadir una variable extra, que los científicos llaman «A_lens», al modelo del grupo sobre la formación del universo. «Esto es algo que se pone ahí a mano, tratando de explicar lo que se ve. No hay ninguna conexión con la física», dijo Melchiorri, lo que significa que no hay ningún parámetro A_lens en la teoría de la relatividad de Einstein. «Lo que descubrimos es que se puede explicar A_lens con un universo positivamente curvado, que es una interpretación mucho más física que la que se puede explicar con la relatividad general».
Melchiorri señaló que la interpretación de su equipo no es concluyente. Según los cálculos del grupo, los datos de Planck apuntan a un universo cerrado con una desviación estándar de 3,5 sigma (una medida estadística que significa un 99,8% de confianza en que el resultado no se debe al azar). Eso está muy por debajo de la norma de 5 sigma que los físicos suelen buscar antes de dar por confirmada una idea.
Pero algunos cosmólogos dijeron que había aún más razones para ser escépticos.
Andrei Linde, cosmólogo de la Universidad de Stanford, dijo a Live Science que el artículo de Nature Astronomy no tuvo en cuenta otro artículo importante, publicado en la base de datos arXiv el 1 de octubre. (En ese artículo, los cosmólogos de la Universidad de Cambridge George Efstathiou y Steven Gratton, que también trabajaron en la Colaboración Planck, examinaron un subconjunto de datos más reducido que el artículo de Nature Astronomy. Su análisis también apoyaba la existencia de un universo curvo, pero con una confianza estadística mucho menor que la encontrada por Di Valentino, Melchiorri y Silk al analizar un segmento más amplio de los datos de Planck. Sin embargo, cuando Efstathiou y Graton examinaron los datos junto con otros dos conjuntos de datos existentes del universo primitivo, descubrieron que, en general, las pruebas apuntaban a un universo plano.
Consultado sobre el artículo de Efstathiou y Gratton, Melchiorri elogió el cuidadoso tratamiento del trabajo. Pero dijo que el análisis del dúo se basa en un segmento demasiado pequeño de los datos de Planck. Y señaló que su investigación se basa en una versión modificada (y, en teoría, mejorada) de los datos de Planck, y no en el conjunto de datos públicos que habían examinado más de 600 físicos.
Linde señaló ese reanálisis como una señal de que el artículo de Efstathiou y Gratton se basaba en métodos mejores.
Efstathiou pidió que no se le citara directamente, pero señaló en un correo electrónico a Live Science que si el universo fuera curvo, plantearía una serie de problemas – contradiciendo esos otros conjuntos de datos del universo temprano y haciendo que las discrepancias en la tasa de expansión observada del universo fueran mucho peores. Gratton dijo que estaba de acuerdo.
Melchiorri también estuvo de acuerdo en que el modelo de universo cerrado plantearía una serie de problemas para la física.
«No quiero decir que crea en un universo cerrado», dijo. «Soy un poco más neutral. Diría que hay que esperar a los datos y a lo que digan los nuevos datos. Lo que creo es que ahora hay una discrepancia, que tenemos que tener cuidado y tratar de encontrar lo que está produciendo esta discrepancia».
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Publicado originalmente en Live Science.
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