La expansión acelerada del universo y las teorías de la materia oscura puestas a prueba

Crédito: CC0 Dominio público

El espacio es un laboratorio único para probar las leyes de la física, en particular Euler y Einstein. Euler describió los movimientos de los cuerpos celestes, mientras que Einstein describió cómo los cuerpos celestes distorsionan el universo.

Desde el descubrimiento de la materia oscura y la expansión acelerada del universo, la precisión de sus ecuaciones ha sido puesta a prueba: ¿pueden explicar estos misteriosos fenómenos? Un equipo de la Universidad de Ginebra (UNIGE) ha desarrollado el primer método de detección. Tiene en cuenta una medida nunca antes utilizada: la distorsión del tiempo. Los resultados se publican en astronomía de la naturaleza.

Las teorías de Leonhard Euler (1707-1783) y Albert Einstein (1879-1955) revolucionaron nuestra comprensión del universo. Con la famosa ecuación que lleva su nombre, Euler dio a los científicos una poderosa herramienta para calcular los movimientos de las galaxias en el universo. En su teoría general de la relatividad, Einstein demostró que el universo no es una estructura estática: puede ser distorsionado por cúmulos de estrellas y galaxias.

Los físicos han probado estas ecuaciones de varias maneras que hasta ahora han resultado exitosas. Sin embargo, dos descubrimientos continúan poniendo a prueba estos modelos: la expansión acelerada del universo y la existencia de materia oscura invisible, que se cree que representa el 85% de toda la materia en el cosmos. ¿Siguen sujetos estos misteriosos fenómenos a las ecuaciones de Einstein y Euler? Los científicos aún no pueden responder a esta pregunta.

ingrediente faltante

“El problema es que los datos cosmológicos actuales no nos permiten distinguir entre una teoría que rompe las ecuaciones de Einstein y otra que rompe la ecuación de Euler. Esto es lo que demostramos en nuestro estudio. También presentamos un método matemático para resolver este problema. la culminación de 10 años de investigación”, explica Camille Bonvin, profesora asociada del Departamento de Física Teórica de la Facultad de Ciencias de la UNIGE y primera autora del estudio.

Los científicos no pudieron distinguir la validez de estas dos ecuaciones en el borde mismo del universo porque les faltaba un “componente”: la medida de la distorsión del tiempo. “Hasta entonces, solo sabíamos medir la velocidad de los cuerpos celestes y la suma de las distorsiones en el tiempo y el espacio. Hemos desarrollado un método para acceder a esta medida adicional, y es el primero”, dice Camille Bonvin.

Si la distorsión del tiempo no es igual a la suma del tiempo y el espacio, es decir, el resultado obtenido por la relatividad general, entonces el modelo de Einstein no funciona. Si la distorsión temporal no corresponde a la velocidad de las galaxias calculada por la ecuación de Euler, entonces esto último no es importante. “Esto nos permitirá descubrir si hay nuevas fuerzas o materia en el universo que rompan estas dos teorías”, explica Levon Pogosian, profesor del Departamento de Física de la Universidad Simon Fraser de Canadá y coautor del estudio.

verificación de autenticidad

Estos resultados proporcionarán una contribución clave a varias misiones que tienen como objetivo determinar el origen de la expansión acelerada del universo y la naturaleza de la materia oscura. Estos incluyen el telescopio espacial EUCLID, que será lanzado en julio de 2023 por la Agencia Espacial Europea (ESA) en colaboración con UNIGE, y el Instrumento de espectroscopia de energía oscura (DESI), que comenzó su misión de cinco años en 2021 en Arizona. También está el proyecto internacional del radiotelescopio gigante SKA (Square Kilometer Array) en Sudáfrica y Australia, que comenzará las observaciones en 2028/29.

“Nuestro método se integrará en estas diversas misiones. Este ya es el caso de DESI, con quien nos hemos convertido en colaboradores externos a través de esta investigación”, dice Camille Bonvin. El equipo de investigación probó con éxito su modelo contra catálogos de galaxias sintéticas. El siguiente paso será probarlo utilizando los primeros datos proporcionados por DESI, identificando cuellos de botella y minimizando las características sistemáticas que podrían dificultar su uso.

Proporcionado por la Universidad de Ginebra

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