La energía oscura, la fuerza misteriosa que impulsa la expansión acelerada del universo, puede no existir en realidad, dicen los científicos. Su investigación ha puesto en duda una de las piedras angulares de la cosmología moderna.
En un nuevo estudio, publicado el 19 de diciembre de 2024 en la revista Avisos mensuales de la Royal Astronomical SocietyLos investigadores analizaron datos del estudio Pantheon+, el conjunto de datos más completo sobre supernovas de tipo Ia, cuyo brillo constante permite a los astrónomos medir distancias en todo el universo con una precisión increíble. Su análisis sugiere que lo que percibimos como aceleración podría ser una ilusión causada por la estructura a gran escala del cosmos.
Estudiando el universo con supernovas de tipo Ia
Las supernovas de tipo Ia, las muertes explosivas de estrellas enanas blancas, han servido durante mucho tiempo como una de las herramientas más poderosas de la cosmología. Estos eventos estelares ocurren cuando una enana blanca acumula suficiente material de una estrella compañera para desencadenar una explosión termonuclear. Debido a que las supernovas de tipo 1a producen un brillo máximo constante, medir su brillo cuando se observan desde la Tierra puede revelar qué tan lejos están.
«Las supernovas de tipo Ia son extremadamente valiosas en astronomía, ya que actúan como velas estandarizables con las que podemos medir grandes distancias en el Universo», afirma el coautor del estudio. Zachary Lanedijo a WordsSideKick.com un investigador de la Universidad de Canterbury en Nueva Zelanda en un correo electrónico.
Al combinar esta información de distancia con el corrimiento al rojo de las supernovas (el estiramiento de la luz a longitudes de onda más rojas debido a la expansión del universo), los científicos han mapeado el crecimiento del universo a lo largo del tiempo. Hace décadas, los investigadores utilizaron este método para demostrar que la expansión del universo se estaba acelerando, un descubrimiento que llevó a la hipótesis de energía oscura – una fuerza misteriosa e invisible que se cree que impregna el espacio e impulsa esta aceleración.
Conjunto de datos del Panteón+
El conjunto de datos Pantheon+ es la colección más extensa y precisa de supernovas de tipo Ia jamás reunida. Abarcando décadas de observaciones desde telescopios terrestres y espaciales, contiene datos sobre 1.500 supernovas en el espacio-tiempo.
«En el momento de este estudio, el conjunto de datos espectroscópicos de supernovas de tipo Ia de Pantheon+ era la colección más grande y prístina de supernovas puramente de tipo Ia», dijo Lane.
La precisión y el tamaño del conjunto de datos lo convierten en una mina de oro para probar modelos cosmológicos. Sus registros detallados de brillo y corrimiento al rojo ofrecen información incomparable sobre cómo ha evolucionado el universo, proporcionando un campo de prueba crítico para teorías alternativas al modelo cosmológico estándar.
Desafiando la energía oscura
Si bien la idea de la energía oscura explica gran parte de la aceleración observada en el universo, siempre ha tenido un aire de misterio. La energía oscura nunca ha sido detectada directamente ni su origen ha sido explicado teóricamente, lo que ha llevado a algunos científicos a explorar otras explicaciones.
El nuevo estudio apunta a una suposición clave del modelo estándar: que el universo es homogéneo e isotrópico a gran escala, lo que significa que se ve igual en todas direcciones y desde todos los puntos de vista.
Esta suposición sustenta la necesidad de que la energía oscura explique la expansión del universo. Sin embargo, Lane y sus colegas probaron una idea alternativa llamada modelo de paisaje temporal, que sugiere que la aparente aceleración podría ser un subproducto de estructuras cósmicas como vacíos: vastas regiones del espacio casi vacías entre cúmulos de galaxias.
«El modelo estándar de cosmología se basa en el supuesto de que el Universo es uniforme y sin rasgos distintivos a gran escala y que las estructuras cósmicas no afectan significativamente la evolución del Universo», dijo Lane. «Timescape abandona estas suposiciones y descubre que la aparente aceleración del Universo es el resultado de la retroalimentación entre estructuras cósmicas».
Debido a su escasa materia y gravedad, los vacíos se expanden más rápido que las partes más densas del universo, como los cúmulos de galaxias. Según el modelo del paisaje temporal, el predominio de estos vacíos en el paisaje cósmico podría explicar la aceleración observada sin necesidad de energía oscura.
Evidencia a favor del paisaje temporal
El equipo analizó el conjunto de datos de Pantheon+ y descubrió que sus resultados se alinean notablemente bien con el modelo de paisaje temporal y, en algunos casos, incluso superaron al modelo cosmológico estándar.
«Al considerar cada supernova, incluidas las muy cercanas a nosotros en el vía Lácteaque podrían verse influenciados por estructuras locales, encontramos una preferencia muy fuerte a favor del modelo Timescape», dijo Lane. Cuando se excluyeron las supernovas en el universo cercano para tener en cuenta las diferencias locales, la evidencia siguió siendo favorable, haciéndose eco de los hallazgos del Encuesta de energía oscura (DEL).
Estos resultados plantean un desafío directo a la necesidad de la energía oscura. «Encontrar consistentemente evidencia moderada o más fuerte de un modelo cosmológico sin energía oscura utilizando uno de los métodos de observación históricamente más significativos es una perspectiva emocionante para explorar para el futuro de la cosmología», dijo Lane.
El camino por delante
Si bien los hallazgos son convincentes, Lane enfatizó que se necesita más investigación para solidificar el caso del paisaje temporal. «Si bien es necesario considerar otros factores para que esto esté más establecido dentro de la comunidad cosmológica, resulta ser una prueba inicial prometedora», dijo.
En el futuro, el equipo planea combinar el conjunto de datos Pantheon+ con datos del Dark Energy Survey y oscilaciones acústicas bariónicas, patrones en la distribución de galaxias que pueden usarse como otro regente cósmico. Los astrónomos también están realizando simulaciones de cómo se expanden los vacíos en el marco de relatividad general y explorar cómo estos efectos se aplican a la formación y evolución de galaxias.
«Nuestro grupo de investigación está explorando varias extensiones de nuestro trabajo actual, con el objetivo de desafiar aspectos fundamentales de la cosmología», dijo Lane. «Un marco competitivo fuerte seguirá mejorando el futuro de la cosmología y nuestra comprensión actual de los desafíos que enfrenta este campo».
