¿Y si el universo está inclinado? Esta idea podría cambiarlo todo

La forma del universo no es algo en lo que solemos pensar. Sin embargo, un nuevo estudio publicado por mis colegas y por mí sugiere que podría ser asimétrica o irregular, es decir, que no sería igual en todas las direcciones.

¿Debería importarnos? La respuesta es sí. El llamado modelo cosmológico estándar, que describe la dinámica y la estructura de todo el cosmos, se basa en la premisa de que el universo es isotrópico —que luce igual en cualquier dirección— y homogéneo cuando se observa en grandes escalas.

Sin embargo, varias de las llamadas “tensiones”, es decir, discrepancias en los datos, contradicen esta idea de un universo uniforme.

Acabamos de publicar un estudio en donde se analiza una de las más relevantes, conocida como la anomalía del dipolo cósmico y nuestra conclusión es que este fenómeno supone un reto serio para la descripción más aceptada del universo, el modelo cosmológico estándar, también llamado modelo Lambda-CDM.

Pero ¿qué es la anomalía del dipolo cósmico y por qué representa un problema para los intentos de describir el cosmos con precisión?

Para empezar, está el fondo cósmico de microondas (CMB), la radiación remanente del Big Bang, que es notablemente uniforme en todo el cielo. Las variaciones son pocas, de apenas una parte en cien mil.

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Por ese motivo, los cosmólogos han confiado en modelar el universo a partir de una descripción del espacio-tiempo “máximamente simétrica”, basada en la teoría de la relatividad general de Albert Einstein. Esta visión simétrica del universo, en la que el espacio luce igual en todas partes y en todas las direcciones, se conoce como la descripción FLRW.

Esto simplifica de forma considerable la resolución de las ecuaciones de Albert Einstein y constituye la base del modelo Lambda-CDM.

Sin embargo, existen varias anomalías importantes. Entre ellas destaca una muy debatida conocida como la tensión de Hubble, llamada así por Edwin Hubble, a quien se atribuye el descubrimiento en 1929 de que el universo está en expansión.

Esta tensión comenzó a hacerse evidente en la década de los 2000 a partir de distintos conjuntos de datos, principalmente del telescopio espacial Hubble, así como de mediciones más recientes del satélite Gaia. Se trata de una discrepancia cosmológica en la que las estimaciones de la tasa de expansión del universo en sus primeras etapas no coinciden con las mediciones realizadas en el universo cercano y más reciente.

La anomalía del dipolo cósmico ha recibido mucha menos atención que la tensión de Hubble, aunque resulta aún más fundamental para nuestra comprensión del cosmos. ¿De qué se trata?

Una vez establecido que el fondo cósmico de microondas es simétrico a gran escala, los científicos identificaron variaciones en esta radiación relicta del Big Bang. Una de las más significativas se conoce como la anisotropía dipolar del CMB. Se trata de la mayor diferencia de temperatura observada en el fondo cósmico de microondas: un lado del cielo aparece ligeramente más caliente y el opuesto más frío, con una variación de aproximadamente una parte en mil.

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Esta variación en el fondo cósmico de microondas no contradice el modelo Lambda-CDM del universo. Sin embargo, deberían observarse variaciones equivalentes en otros datos astronómicos.

En 1984, George Ellis y John Baldwin plantearon si existía una variación similar, o “anisotropía dipolar”, en la distribución en el cielo de fuentes astronómicas lejanas, como las radiogalaxias y los cuásares. Estas fuentes deben encontrarse a grandes distancias, ya que los objetos cercanos podrían generar un “dipolo de agrupamiento” artificial.

Si la suposición de un universo simétrico del modelo FLRW fuera correcta, entonces esta variación en las fuentes astronómicas distantes debería estar determinada de forma directa por la variación observada en el fondo cósmico de microondas. Esta comprobación se conoce como la prueba de Ellis-Baldwin, en referencia a los astrónomos que la propusieron.

La coherencia entre las variaciones del CMB y las de la materia respaldaría el modelo cosmológico estándar Lambda-CDM. En cambio, una discrepancia lo pondría en entredicho de manera directa, al igual que la propia descripción FLRW. Dado que se trata de una prueba muy precisa, los catálogos de datos necesarios para llevarla a cabo solo han estado disponibles en fechas recientes.

El resultado es que el universo no supera la prueba de Ellis-Baldwin y la variación observada en la materia no coincide con la del CMB. Además, como las posibles fuentes de error difieren de forma significativa entre telescopios terrestres y satélites, y entre distintas longitudes de onda del espectro, resulta significativo que se obtenga el mismo resultado tanto con radiotelescopios en la Tierra como con observaciones satelitales en el infrarrojo medio.

La anomalía del dipolo cósmico se ha consolidado así como un desafío de primer orden para el modelo cosmológico estándar, aunque la comunidad astronómica en gran medida haya optado por pasarla por alto.

Una posible razón es que no existe una solución sencilla, ya que resolver este problema implicaría abandonar no solo el modelo Lambda-CDM, sino también la propia descripción FLRW, y volver prácticamente al punto de partida.

Aun así, se espera una avalancha de nuevos datos gracias a misiones como Euclid y SPHEREx, así como a observatorios terrestres como el Vera Rubin Observatory y el Square Kilometre Array. Es posible que en un futuro cercano estos instrumentos aporten pistas decisivas para construir un nuevo modelo cosmológico, apoyado además en avances recientes de un área específica de la inteligencia artificial conocida como aprendizaje automático.

El impacto sería enorme, tanto para la física fundamental como para nuestra comprensión del universo.

Traducción de Leticia Zampedri