Las ecuaciones de Einstein chocan con los misterios del universo
Un equipo franco-suizo pone a prueba las predicciones del famoso físico sobre la distorsión del tiempo y el espacio, y pone en cuestión la validez de las teorías del famoso físico para explicar fenómenos más allá del Sistema Solar a escala universal.
Por Enrique Coperías
Un estudio pone en duda la validez de las teorías de Einstein para explicar fenómenos que ocurren más allá de nuestro sistema solar, a escala universal. Imagen generada con Copilot
¿Por qué se acelera la expansión de nuestro universo? Veinticinco años después de su descubrimiento, este fenómeno sigue siendo uno de los mayores misterios científicos. Resolverlo implica poner a prueba las leyes fundamentales de la física, incluida la relatividad general de Albert Einstein.
Un equipo de la Universidad de Ginebra (UNIGE), en Suiza, y de la Universidad Toulouse III-Paul Sabatier, en Francia, ha comparado las predicciones de Albert Einstein con los datos del Dark Energy Survey (DES) u Observatorio de la Energía Oscura, y ha descubierto una ligera discrepancia que varía según los distintos periodos de la historia cósmica.
Estos resultados, publicados en la revista Nature Communications, cuestionan la validez de las teorías de Einstein para explicar fenómenos más allá de nuestro sistema solar a escala universal.
El universo, deformado como una lámina flexible
Según la teoría de Einstein, el universo está deformado por la materia, como una gran lámina flexible. Estas deformaciones, provocadas por la gravedad de los cuerpos celestes, se denominan pozos gravitatorios. Cuando la luz atraviesa este marco irregular, su trayectoria se ve desviada por estos pozos, de forma similar al efecto de una lente de cristal. Sin embargo, en este caso es la gravedad y no el cristal la que curva la luz. Este fenómeno se conoce como lente gravitacional.
Su observación permite comprender mejor los componentes, la historia y la expansión del cosmos. Su primera medición, realizada durante un eclipse solar en 1919, confirmó la teoría de Einstein, que predecía una desviación de la luz dos veces mayor que la prevista por Isaac Newton. Esta diferencia se debe a que Einstein introdujo un nuevo elemento clave: la deformación del tiempo, además de la deformación del espacio, para lograr la curvatura exacta de la luz.
Físicos han usado los daos del Dark Energy Survey para medir directamente la distorsión del tiempo y el espacio, lo que nos permite comparar nuestros resultados con las predicciones de Einstein. Imagen generada con Copìlot
Teoría frente a datos
¿Siguen siendo válidas estas ecuaciones en los confines del universo? Esta pregunta está siendo explorada por muchos científicos que buscan cuantificar la densidad de materia en el cosmos y comprender la aceleración de su expansión.
En este sentido, un equipo de las universidades de Ginebra (UNIGE) y Toulouse III-Paul Sabatier está aportando nuevos datos a partir del Dark Energy Survey, un proyecto de investigación astronómica que explora el cielo en longitudes de onda ópticas e infrarrojas cercanas y que tiene como objetivo investigar la dinámica de la expansión del universo y cartografíar las formas de cientos de millones de galaxias.
«Hasta ahora, los datos del Dark Energy Survey se habían utilizado para medir la distribución de la materia en el universo —afirma Camille Bonvin, directora de la investigación y profesora asociada del Departamento de Física Teórica de la Facultad de Ciencias de la UNIGE, en una nota de prensa de la Univerisdad de Ginebra. Y añade—: En nuestro estudio, utilizamos estos datos para medir directamente la distorsión del tiempo y el espacio, lo que nos permite comparar nuestros resultados con las predicciones de Einstein».
Una ligera discrepancia
Los datos del Dark Energy Survey permiten a los científicos observar las profundidades del espacio y, por tanto, el pasado. El equipo franco-suizo analizó cien millones de galaxias en cuatro momentos distintos de la historia del universo: hace 3.500, 5.000, 6.000 y 7.000 millones de años.
Estas mediciones revelaron cómo han evolucionado los pozos gravitatorios a lo largo del tiempo, en mas de la mitad de la historia del cosmos.
«Descubrimos que en el pasado lejano, hace entre 6.000 y 7.000 millones de años, la profundidad de los pozos se ajusta bien a las predicciones de Einstein —, revela Isaac Tutusaus, astrónomo del Instituto de Investigación en Astrofísica y Planetología (IRAP/OMP) de la Universidad Toulouse III-Paul Sabatier y autor principal del estudio. Y continúa—: Sin embargo, más cerca de la actualidad, hace entre 3.500 y 5.000 millones de años, son ligeramente menos profundos de lo previsto por Einstein».
La profundidad de los pozos gravitatorios más próximos al universo actual, hace entre 3.500 y 5.000 millones de años, es ligeramente inferior de la prevista por Einstein. Imagen generada con Copilot
Cuando la expansión cósmica comenzó a acelerarse
Es también durante este periodo, más cercano a la actualidad, cuando la expansión cósmica comenzó a acelerarse. Por tanto, la respuesta a dos fenómenos, esto es, la aceleración del universo y el crecimiento más lento de los pozos gravitatorios, podría ser la misma: la gravedad podría operar bajo leyes físicas diferentes a gran escala que las predichas por Einstein.
''Nuestros resultados muestran que las predicciones de Einstein tienen una incompatibilidad de 3 sigma con las mediciones. En el lenguaje de la física, un umbral de incompatibilidad así despierta nuestro interés y exige nuevas investigaciones —subraya Nastassia Grimm, investigadora postdoctoral en el Departamento de Física Teórica de la UNIGE y coautora del estudio.
Euclid, una misión para observar 1.500 millones de galaxias
En palabras de Grimm, «esta incompatibilidad no es lo suficientemente grande, por el momento, como para invalidar la teoría de Einstein. Para ello, sería necesario alcanzar un umbral de 5 sigma. Por tanto, es esencial disponer de mediciones más precisas para confirmar o refutar estos primeros resultados, y averiguar si esta teoría sigue siendo válida en nuestro Universo, a distancias muy grandes.
El equipo se prepara ahora para analizar los nuevos datos del telescopio espacial Euclid de la ESA, que fue lanzado hace un año con el objetivo de mejorar la comprensión de la energía y la materia oscura mediante la midición precias de la aceleración del universo.
Como Euclid observa el cosmos desde el espacio, sus mediciones de las lentes gravitatorias serán mucho más precisas. Además, se espera que observe unos 1.500 millones de galaxias en los seis años que durará la misión. Esto permitirá realizar mediciones más precisas de las distorsiones del espacio-tiempo, lo que nos permitirá mirar más atrás en el tiempo y, en última instancia, poner a prueba las ecuaciones de Einstein. ▪️
Información facilitada por la Universidad de Ginebra
Fuente: Tutusaus, I., Bonvin, C. & Grimm, N. Measurement of the Weyl potential evolution from the first three years of dark energy survey data. Nature Communications (2024). DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-024-53363-6
