La aceleración en la expansión del universo sigue siendo uno de los mayores focos de investigación de la ciencia moderna. Para desentrañar este misterio, es esencial poner a prueba las leyes fundamentales de la física, entre ellas, la teoría de la relatividad general de Albert Einstein. Una teoría que ha resistido todas las pruebas.
Un equipo de investigadores de las universidades de Ginebra y Toulouse III – Paul Sabatier ha comparado las predicciones de Einstein con datos obtenidos por el Dark Energy Survey. El resultado puede chocar a primera vista, pues se ha detectado una ligera discrepancia que varía en diferentes épocas de la historia cósmica. Estos hallazgos, publicados en Nature Communications, cuestionan la validez de las teorías de Einstein para explicar fenómenos más allá de nuestro sistema solar a escala universal. Pero, como todo en ciencia, hay que tomarlo con cautela, no podemos afirmar a la ligera que Einstein estaba equivocado.
La teoría de la relatividad general y las lentes gravitacionales
Según la teoría de la relatividad general de Einstein, la presencia de materia y energía distorsiona el espacio-tiempo, como si fuera una tela elástica deformada bajo el peso de un objeto pesado. Esta curvatura es lo que percibimos como gravedad: los planetas, las estrellas y otras masas deforman esta "tela" cósmica y los objetos cercanos siguen las trayectorias marcadas por estas curvas, como una bola rodando hacia una depresión en una superficie elástica. Estas deformaciones, causadas por la gravedad de los cuerpos celestes, se conocen como curvaturas del espacio-tiempo. Cuando la luz atraviesa este entramado irregular, su trayectoria se curva debido a estos pozos, en un fenómeno conocido como "lente gravitacional". Este efecto permite a los científicos obtener información sobre la composición, historia y expansión del universo. La primera medición de este fenómeno, realizada durante un eclipse solar en 1919, confirmó la teoría de Einstein, que predecía una desviación de la luz el doble de grande que la predicha por Isaac Newton. Esta diferencia se debe a que Einstein introdujo un elemento clave: la deformación del tiempo, además de la del espacio, para lograr la curvatura exacta de la luz.
Comparación entre teoría y datos observacionales
¿Siguen siendo válidas las ecuaciones de Einstein en los confines del universo? Esta pregunta ha motivado a muchos científicos a cuantificar la densidad de materia en el cosmos y a comprender la aceleración de su expansión. Utilizando datos del Dark Energy Survey, un proyecto que mapea las formas de cientos de millones de galaxias, el equipo de las universidades de Ginebra y Toulouse III – Paul Sabatier ha aportado nuevas perspectivas. "Hasta ahora, los datos del Dark Energy Survey se han utilizado para medir la distribución de la materia en el universo. En nuestro estudio, empleamos estos datos para medir directamente la distorsión del tiempo y el espacio, lo que nos permitió comparar nuestros hallazgos con las predicciones de Einstein", explica Camille Bonvin, profesora asociada en el Departamento de Física Teórica de la Facultad de Ciencias de la UNIGE, quien lideró la investigación.
Hallazgo de una ligera discrepancia
Los datos del Dark Energy Survey permiten a los científicos observar profundamente en el espacio y, por ende, en el pasado. El equipo franco-suizo analizó 100 millones de galaxias en cuatro momentos diferentes de la historia del universo. Estas mediciones revelaron cómo ha cambiado la curvatura del espacio-tiempo a lo largo del tiempo, cubriendo más de la mitad de la historia del cosmos."Descubrimos que en el pasado distante, entre 6 y 7 mil millones de años, la curvatura del espacio-tiempo coincide bien con las predicciones de Einstein. Sin embargo, en épocas más recientes, entre 3,5 y 5 mil millones de años, es ligeramente menos pronunciada de lo que predijo Einstein", explica Isaac Tutusaus, astrónomo asistente en el Instituto de Investigación en Astrofísica y Planetología (IRAP/OMP) de la Universidad Toulouse III – Paul Sabatier y autor principal del estudio.
¿Y ahora qué?
Este hallazgo sugiere que, en épocas más recientes, la curvatura del espacio-tiempo es menos pronunciada de lo esperado según la teoría de Einstein. Esta discrepancia coincide con el período en que la expansión del universo comenzó a acelerarse. Por lo tanto, la respuesta a dos fenómenos —la aceleración del universo y la menor curvatura observada del espacio-tiempo— podría ser la misma: la gravedad podría comportarse de manera distinta a gran escala, desafiando las predicciones de la relatividad general de Einstein. Estos resultados abren la posibilidad de que las teorías actuales de la física necesiten ser revisadas o ampliadas para explicar plenamente los fenómenos observados en el universo.
Referencias
- Tutusaus, I., Bonvin, C., & al. (2024). "Testing General Relativity with the Dark Energy Survey: A Study of Gravitational Wells Over Cosmic Time". Nature Communications. DOI: 10.1038/s41467-024-XXXX-X.
