Durante décadas, la teoría de la gravedad, que deriva de la relatividad general,
En este momento, los investigadores descubrieron por primera vez queEl comportamiento de las galaxias distantes no se corresponde con las predicciones de la teoría de la gravedad. Las distorsiones del espacio-tiempo provocadas por cúmulos y sistemas estelares distantes resultaron ser mucho más fuertes que la masa de dichos objetos calculada a partir de observaciones.
Posteriormente, a fines de la década de 1990, los investigadoresdescubrió otro hecho insólito. Resulta que la tasa de expansión del universo aumenta con el tiempo. Este efecto planteó otro desafío a la teoría de Albert Einstein: se suponía que los efectos gravitatorios de la materia ralentizaban la expansión del universo, no la aceleraban. El modelo cosmológico moderno, el modelo ΛCDM, ha encontrado respuestas a estas preguntas, pero los científicos no pierden la esperanza de desafiar el genio de la primera mitad del siglo XX.
¿Por qué los científicos creen que el universo se está expandiendo a un ritmo acelerado?
La expansión acelerada del universo fue descubierta en1998 como resultado del trabajo de dos equipos independientes a la vez: el Proyecto de Cosmología de Supernovas y el Grupo de Búsqueda de Supernovas de Alta Z. Ambos grupos de investigación estudiaron la aceleración de la expansión del Universo mediante el análisis de explosiones estelares distantes.
Las supernovas de tipo La tienen casi el mismoluminosidad estándar. Al observar el brillo de tales objetos, uno puede determinar qué tan lejos están. Además, a medida que el universo se expande, la luz de los objetos distantes se desplaza hacia el lado rojo del espectro. Al medir el corrimiento al rojo, se puede determinar cuánto se ha expandido el universo desde que ocurrió la supernova.
Los astrofísicos durante estosLos experimentos confiaban en que el Universo debería expandirse a un ritmo más lento, después de lo cual el proceso debería detenerse o comenzar a contraerse. Pero el resultado inesperado, al que ambos grupos de científicos llegaron de forma independiente, fue que el Universo se está expandiendo a un ritmo acelerado.
Posteriormente se confirmó la expansión del universo.otros metodos. La medición del fondo cosmológico de microondas (huellas del Big Bang), los efectos de las lentes gravitatorias y el análisis de las oscilaciones acústicas bariónicas confirman la hipótesis de la expansión del Universo.
En 2007, ambos equipos que descubrieron el efecto de la expansión del Universo recibieron el Premio Gruber en el campo de la cosmología, y en 2011, tres de los participantes recibieron el Premio Nobel de Física.
Expansión acelerada del universo. Imagen: NASA, STSci, Ann Feild
¿Cómo explicar la expansión acelerada?
Para explicar las observaciones (la expansión del Universo y la mayor distorsión del espacio-tiempo causada por galaxias distantes), los científicos introdujeron dos nuevos modelos: la materia oscura y la energía oscura.
La materia oscura es una forma hipotéticamateria, que los científicos creen que constituye aproximadamente el 85% de la materia del universo. Se llama oscuro porque no interactúa de ninguna manera con el campo electromagnético. En otras palabras, dicha materia no refleja, absorbe o emite luz y otras ondas electromagnéticas. Sin embargo, tiene su propia masa y, por lo tanto, la influencia gravitacional. Agregar materia oscura a los modelos cosmológicos ayuda a explicar la mayor gravedad de las galaxias distantes.
La energía oscura es una forma hipotéticaenergía, a diferencia de la materia oscura, se sabe poco al respecto. Se cree que la energía oscura es muy homogénea, no muy densa y no puede interactuar con ninguna de las fuerzas fundamentales que no sean la gravedad. Esta energía está asociada con la energía del vacío. Si asumimos que a medida que el Universo se expande y aumenta el espacio libre, esta energía aumenta, entonces se puede explicar la transición de una expansión uniforme a una acelerada.
Aunque la hipótesis de la energía oscura describe bienlos procesos observados en el Universo, su propia existencia e interacción únicamente con el campo gravitatorio son difíciles de asociar con la teoría general de la relatividad y la teoría de la gravitación de Einstein.
¿Cómo probar la teoría?
Algunos estudiosos creen que si la teoríala gravedad no puede explicar la energía oscura, tal vez sea incompleta, y se debe agregar un parámetro o variable adicional a la ecuación que unirá todas las observaciones. Para probar esta hipótesis, los científicos buscan en el pasado signos de una violación de la teoría de la gravedad.
Uno de esos trabajos es la investigación internacional.energía oscura utilizando el Telescopio Víctor Blanco de 4 metros en Chile. Los resultados de esta observación fueron presentados en agosto en la Conferencia Internacional sobre Física de Partículas y Cosmología (COSMO’22) en Río de Janeiro.
Los participantes del estudio buscaron evidenciael hecho de que la fuerza de la gravedad ha cambiado a lo largo de la historia del universo, o en el pasado lejano. Para su trabajo utilizaron, además del telescopio principal Blanco, datos del satélite Planck de la Agencia Espacial Europea.
Los astrofísicos han estudiado imágenes de galaxias enla presencia de distorsiones más sutiles debido a la curvatura del espacio por la materia oscura, un efecto llamado lente gravitacional débil. La fuerza de la gravedad determina el tamaño y la distribución de las estructuras de materia oscura, y el tamaño y la distribución, a su vez, determinan qué tan curvadas nos parecen estas galaxias.
Midiendo todos estos parámetros, es posible determinar la fuerzagravedad en galaxias lejanas. Y dado que la luz de ellos tarda millones y miles de millones de años en llegar a nosotros, en esencia, los científicos están investigando cómo se comportó la gravedad en el pasado.
Los investigadores informaron que ya habían estudiadofuerzas gravitatorias y formas en más de 100 millones de galaxias, pero en todos los experimentos, las observaciones son totalmente consistentes con la teoría de Einstein. Entonces, la naturaleza de la energía oscura sigue siendo un misterio.
Las lentes gravitacionales, como las que se ven en la primera imagen de James Webb, están ayudando a los científicos a explorar la materia oscura y la gravedad en sistemas distantes. Imagen: NASA, ESA, CSA, STScI
Que sigue
La teoría de Einstein sigue en pie, pero los investigadorescontinúa probando su fuerza. Un nuevo intento de explicar la naturaleza de la energía oscura se realizará mediante misiones satelitales. La Agencia Espacial Europea planea lanzar el telescopio espacial Euclid en 2023. Los instrumentos del dispositivo medirán los corrimientos al rojo de galaxias ubicadas a diferentes distancias de la Tierra y explorarán la relación entre el corrimiento al rojo y la distancia.
Los desarrolladores esperan que Euclid puedaзаглянуть на 8 млрд лет назад. С помощью сверхточных измерений он сможет узнать, как обстояли дела с гравитацией, темной материей и темной энергии в эту эпоху.
La NASA está planeando una misión similar:en 2027, planea lanzar el telescopio espacial Nancy Grace Roman a la órbita terrestre. Los investigadores creen que podrá estudiar galaxias ubicadas a una distancia de 11 mil millones de años luz y estudiar el universo más antiguo.
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Portada: Diseño Alex Mittelmann, Coldcreation, CC BY-SA 3.0, vía Wikimedia Commons