Un científico español demuestra que el universo no se expande como creíamos

 

La galaxia espiral NGC 1512 está a 30 millones de años luz en la constelación del Horologium. (Telescopio espacial James Webb/NASA/ESA

El nuevo estudio quiere arrojar luz sobre uno de los mayores misterios del universo: la velocidad de expansión del cosmos y si esa expansión se está acelerando o no.

El modelo actual que explica cómo funciona el cosmos puede ser erróneo. La expansión del universo no se está acelerando, como piensan muchos científicos, sino que lo hace de manera lineal y sin la intervención de la energía y la materia oscuras. Esta es la conclusión de un estudio publicado hoy por el investigador de la Universidad Complutense de Madrid, Robert Monjo. El científico asegura que sus resultados demuestran que la Relatividad General de Einstein solo es válida a escala local y no puede explicar el movimiento de las galaxias a escala cósmica.

El astrofísico estadounidense Edwin Hubble fue el primero en darse cuenta de que el universo se mueve y que las galaxias se están alejando las unas de las otras. Sin embargo, casi un siglo después de este revolucionario descubrimiento, la velocidad a la que sucede este movimiento expansivo sigue siendo uno de los mayores misterios para los científicos.

El problema está en la manera de medir la velocidad a la que se produce la expansión, lo que se conoce como la Constante de Hubble. Los distintos modelos empleados para hacer las mediciones han arrojado resultados diferentes (la llamada tensión de Hubble), lo que puede deberse tanto a errores en el sistema de medición como a que todavía nos queda mucho por conocer sobre los mecanismos del cosmos. Uno de los modelos se fija en objetos relativamente cercanos a la Tierra para determinar a qué velocidad se alejan de nuestro planeta, lo que se llama escalera de distancias cósmicas. Con ella han determinado que el universo se expande a una velocidad de 73 kilómetros por segundo por millón de parsecs (km/s/Mpc).

Otros investigadores utilizan las observaciones del fondo cósmico de microondas (los restos del pelotazo del Big Bang) para realizar sus cálculos y obtienen una velocidad de unos 67 km/s/Mpc. Este modelo se llama materia oscura fría lambda (ΛCDM) y sugiere también que en el universo hay un 70% de energía oscura, un 25% de materia oscura (una supuesta sustancia que hay en las galaxias y que no emite luz, con lo que es invisible a los telescopios) y un 5% de materia ordinaria. Este modelo ha conseguido ajustarse con éxito a todos los datos recogidos por los cosmólogos en los últimos 20 años, pero la falta de evidencia de la energía y materia oscuras sigue levantando suspicacias entre muchos astrofísicos.

Las distintas capas del espacio-tiempo

A pesar de la falta de pruebas, algunos científicos piensan que esa supuesta energía oscura podría ser la fuerza que está detrás de la aceleración del universo. Sin embargo, los resultados obtenidos por el investigador de la Complutense lo niegan y apuntan a que el ratio de expansión del universo no aumenta, sino que sería en realidad lineal, inercial e independiente del contenido de la materia. Monjo es investigador del departamento de Álgebra, Geometría y Topología de la Universidad Complutense de Madrid y autor del artículo que se ha publicado hoy en la prestigiosa revista The Astrophysical Journal.

 

“La expansión no sería consecuencia de una explosión, sino un efecto directo del paso del tiempo”, explica Monjo en declaraciones para Novaceno. “Imaginemos que un globo elástico, o una cebolla, crece linealmente con el tiempo, al igual que ocurre con los anillos concéntricos de los árboles. Cada anillo del árbol o capa de la cebolla representa un instante diferente del tiempo. Esto en geometría se conoce como foliación por su aspecto de paquetes de folios o rebanadas del espacio-tiempo. El área de un folio representa el espacio, mientras que el grosor del paquete de folios o el grosor de los anillos de los árboles representa el tiempo”.

Según el investigador, la geometría permite que cualquier variedad de espacio-tiempo que sea homogénea pueda dividirse en hojas de espacio que se van apilando en el tiempo. Monjo ha comprobado que esa naturaleza geométrica ocurre también en nuestro universo. “Si suponemos que el tiempo es finito, nuestras ecuaciones nos dicen que el espacio también es finito en cada uno de los instantes, al igual que las capas de la cebolla”, explica Monjo.

Si esto es así, asegura, el universo es más bien esférico y su radio es el tiempo, es decir, la edad del Universo. Además, se expande a la velocidad de la luz, la velocidad natural del tiempo.

“Si dibujamos galaxias en la superficie de un globo que se hincha y acumulamos todas esas capas como en los anillos de un árbol, veremos que las galaxias se separan de acuerdo con la ley de Hubble. Entonces, toda la materia sí pudo estar concentrada en el instante inicial, simulando algo como un Big Bang que se expande a la velocidad de la luz”, dice Monjo. “Sin embargo, las leyes de la gravedad no aplican al crecimiento de las capas del tiempo global (edad del universo), sino que nuestro teorema muestra que la gravedad sería únicamente válida dentro de cada una de las capas, y especialmente a escala local”.

Miramos al universo desde el sitio equivocado

En un trabajo anterior, Monjo argumentaba que nuestra falsa percepción de la aceleración de la expansión del universo puede deberse a la distorsión geométrica del cosmos y del punto de vista de desde donde lo observamos.

El investigador afirma que las galaxias se comportan como las grandes borrascas planetarias, que se ven impulsadas en gran parte por la aceleración ficticia que aparece cuando cambiamos de sistema de referencia. Esas borrascas que nosotros observamos desde el planeta Tierra parecen estar dominadas por una aceleración conocida como Coriolis, que en realidad es un efecto producido por el cambio del punto de vista del observador.

“Los observadores nos movemos junto con la expansión, vemos las trayectorias de la luz 'curvadas' que se traducen en una inhomogeneidad radial. Es decir, aunque la curvatura del universo es realmente homogénea (con radio igual a la edad del universo), la distorsión hace que parezca muy diferente según la distancia a la que miramos”, explica el investigador. “En geometría existe una equivalencia entre un objeto que es inhomogéneo en el espacio, pero homogéneo en el tiempo (lineal) y otro objeto que sea homogéneo en el espacio, pero inhomogéneo (acelerado) en el tiempo".p

Monjo piensa que este error se produjo cuando la física decidió que el espacio debía ser homogéneo. Aunque en principio eso es correcto, dice, se decidió además que la expansión debía ser consecuencia de la gravedad.

“La construcción histórica del espacio homogéneo y expansión acelerada es correcta desde un punto de vista de topología (que significa equivalencias en formas), pero no es correcta desde el punto de vista de una construcción natural de un espacio-tiempo incrustado dentro de otro, a modo de foliaciones o anillos del árbol”, explica Monjo. “Cuando realizamos ese ejercicio más natural, lo que obtenemos es que el universo es homogéneo tanto en espacio como en tiempo (expansión), pero los observadores lo verán como inhomogéneo (espacial) o acelerado (temporal), según elijan unas coordenadas u otras”.

Un universo en constante expansión

El nuevo estudio no solo confirma los resultados anteriores, sino que demuestra que la expansión del cosmos es lineal y no acelerada. Si esto es cierto, el universo experimentaría una expansión eterna que haría aumentar de manera continua el espacio vacío intergaláctico.

Además, Monjo asegura que su modelo puede predecir con gran precisión la tensión de Hubble. También es compatible con la teoría de la Relatividad General de Albert Einstein a escala local y con la Dinámica Newtoniana Modificada o MOND, una teoría que se popularizó en la década de los 80 y que puede explicar la expansión del universo sin materia ni energía oscuras o, al menos, con una cantidad limitada de ella.

“Según nuestro teorema, la relatividad general es únicamente válida a escala local, por lo que no se necesitan materia oscura”, afirma el investigador. “Nuestra relatividad general (restringida a escala local) en el marco del globo que se expande generaba una fuerza ficticia similar a Coriolis en las galaxias. La alineación con las observaciones fue asombrosa. Ahora lo hemos comprobado también para otras escalas cósmicas (como por ejemplo conjuntos de galaxias”

El siguiente paso para el investigador será comprobar si con su teoría se puede modelizar correctamente el fondo cósmico de microondas, la nucleogenesis primordial (formación de elementos) y la formación de enormes cúmulos de galaxias como el Giant Arc y el Big Ring.

Font, article de Omar Kardoudi per a "El Confidencial"