Acercándonos un paso más a la comprensión de los misterios en los confines más lejanos del universo.

Un grupo de investigadores de Universidad de Waterloo y la Universidad de Columbia Británica descubrió un posible “defecto cósmico” en la gravedad del universo, lo que explica su extraño comportamiento a escala cósmica.

Durante los últimos 100 años, los físicos se han basado en la teoría de la “relatividad general” de Albert Einstein para explicar cómo funciona la gravedad en todo el universo. La relatividad general, cuya exactitud ha demostrado innumerables pruebas y observaciones, sugiere que la gravedad afecta no sólo a tres dimensiones físicas, sino también a una cuarta dimensión: el tiempo.

“Este modelo de gravedad ha sido esencial para todo, desde la teorización de la gravedad Big Bang fotografiar agujeros negros”, dijo Robin Wen, autor principal del proyecto y recién graduado en Física Matemática en Waterloo.

Desafíos a escala cósmica

“Pero cuando intentamos comprender la gravedad a escala cósmica, a escala de cúmulos de galaxias y más allá, encontramos aparentes inconsistencias con las predicciones de la relatividad general. Es casi como si la propia gravedad ya no se correspondiera perfectamente con la teoría de Einstein. A esta inconsistencia la llamamos “fallo cósmico”: la gravedad se vuelve aproximadamente un uno por ciento más débil en distancias del orden de miles de millones de años luz. “

Durante más de veinte años, físicos y astrónomos han intentado crear un modelo matemático que explique las aparentes inconsistencias de la teoría de la relatividad general. Muchos de estos esfuerzos han tenido lugar en Waterloo, que tiene una larga historia de investigación gravitacional de vanguardia resultante de la colaboración interdisciplinaria en curso entre matemáticos aplicados y astrofísicos.

Contexto histórico y esfuerzos de investigación

«Hace casi un siglo, los astrónomos descubrieron que nuestro Universo se está expandiendo», dijo Niayesh Afshordi, profesor de astrofísica en la Universidad de Waterloo e investigador del Instituto Perimeter.

“Cuanto más alejadas están las galaxias, más rápido se mueven, hasta el punto de que parecen moverse casi a la velocidad de la luz, la máxima permitida por la teoría de Einstein. Nuestro descubrimiento sugiere que, en estas mismas escalas, la teoría de Einstein también puede ser insuficiente”.

Modificando la teoría de Einstein

El nuevo modelo de «fallo cósmico» del equipo de investigación modifica y amplía las fórmulas matemáticas de Einstein de una manera que resuelve la inconsistencia de algunas mediciones cosmológicas sin afectar los usos exitosos existentes de la relatividad general.

«Piense en ello como una nota a pie de página de la teoría de Einstein», dijo Wen. «Una vez que alcanzas una escala cósmica, se aplican términos y condiciones».

«Este nuevo modelo puede ser sólo la primera pista de un rompecabezas cósmico que estamos empezando a resolver en el espacio y el tiempo», dijo Afshordi.

El estudio, «Un fallo cósmico en la gravedad», aparece en Revista de Cosmología y Física de Astropartículas.

Referencia: “A Cosmic Glitch in Gravity” por Robin Y. Wen, Lukas T. Hergt, Niayesh Afshordi y Douglas Scott, 20 de marzo de 2024. Revista de cosmología y física de astropartículas.
DOI: 10.1088/1475-7516/2024/03/045