La teoría del multiverso, que establece que puede haber múltiples o incluso un número infinito de universos, es un concepto tradicional en cosmología y física teórica. Si bien el término se remonta a fines del siglo XIX, la base científica de esta teoría surgió de la física cuántica y el estudio de las fuerzas cosmológicas como los agujeros negros, las singularidades y los problemas derivados de la teoría del Big Bang.
Una de las preguntas más candentes cuando se trata de esta teoría es si la vida podría existir o no en múltiples universos. Si las leyes de la física cambian de un universo a otro, ¿qué podría significar esto para la vida misma? Según una nueva serie de estudios realizados por un equipo de investigadores internacionales, es posible que la vida sea común en todo el Multiverso (si es que existe).
Los estudios, titulados "El impacto de la energía oscura en la formación de galaxias. ¿Qué nos depara el futuro de nuestro universo? y "Eficiencia de la formación de galaxias y la explicación multiverso de la constante cosmológica con simulaciones EAGLE", apareció recientemente en el Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society. El estudio anterior fue dirigido por Jaime Salcido, un estudiante de posgrado en la Universidad de Durham.
Este último fue dirigido por Luke Barnes, investigador John Templeton de la Universidad de Sydney. Instituto de Sydney para la astronomía. Ambos equipos incluyeron miembros del Centro Internacional de Investigación de Radioastronomía de la Universidad de Australia Occidental, el Instituto de Investigación de Astrofísica de la Universidad John Moores de Liverpool y el Observatorio Leiden de la Universidad de Leiden.
Juntos, el equipo de investigación buscó determinar cómo la expansión acelerada del cosmos podría haber afectado la tasa de formación de estrellas y galaxias en nuestro Universo. Esta tasa acelerada de expansión, que es una parte integral del modelo de cosmología Lambda-Cold Dark Matter (Lambda-CDM), surgió de los problemas planteados por la Teoría de la Relatividad General de Einstein.
Como consecuencia de las ecuaciones de campo de Einstein, el físico entendió que el Universo estaría en un estado de expansión o contracción desde el Big Bang. En 1919, Einstein respondió proponiendo la "Constante cosmológica" (representada por Lambda), que era una fuerza que "frenaba" los efectos de la gravedad y, por lo tanto, aseguraba que el Universo fuera estático e inmutable.
Poco después, Einstein se retractó de esta propuesta cuando Edwin Hubble reveló (basado en mediciones de desplazamiento al rojo de otras galaxias) que el Universo estaba en un estado de expansión. Einstein aparentemente fue tan lejos como para declarar la constante cosmológica "el mayor error" de su carrera como resultado. Sin embargo, la investigación sobre la expansión cosmológica a fines de la década de 1990 hizo que su teoría fuera reevaluada.
En resumen, los estudios en curso del Universo a gran escala revelaron que durante los últimos 5 mil millones de años, la expansión cósmica se ha acelerado. Como tal, los astrónomos comenzaron a hipotetizar la existencia de una fuerza misteriosa e invisible que impulsaba esta aceleración. Conocida popularmente como "Energía Oscura", esta fuerza también se conoce como la Constante Cosmológica (CC) ya que es responsable de contrarrestar los efectos de la gravedad.
Desde entonces, los astrofísicos y cosmólogos han tratado de comprender cómo la Energía Oscura pudo haber afectado la evolución cósmica. Este es un problema ya que nuestros modelos cosmológicos actuales predicen que debe haber más energía oscura en nuestro universo de la que se ha observado. Sin embargo, dar cuenta de grandes cantidades de Energía Oscura causaría una expansión tan rápida que diluiría la materia antes de que se pudieran formar estrellas, planetas o vida.
Para el primer estudio, Salcido y el equipo buscaron determinar cómo la presencia de más Energía Oscura podría afectar la tasa de formación de estrellas en nuestro Universo. Para hacer esto, realizaron simulaciones hidrodinámicas utilizando el proyecto EAGLE (Evolución y ensamblaje de GaLaxies y sus entornos), una de las simulaciones más realistas del Universo observado.
Usando estas simulaciones, el equipo consideró los efectos que Dark Energy (en su valor observado) tendría en la formación de estrellas en los últimos 13.8 mil millones de años, y otros 13.8 mil millones de años en el futuro. A partir de esto, el equipo desarrolló un modelo analítico simple que indicaba que Dark Energy, a pesar de la diferencia en la tasa de expansión cósmica, tendría un impacto insignificante en la formación de estrellas en el Universo.
Además, mostraron que el impacto de Lambda solo se vuelve significativo cuando el Universo ya ha producido la mayor parte de su masa estelar y solo causa disminuciones en la densidad total de la formación de estrellas en aproximadamente un 15%. Como Salcido explicó en un comunicado de prensa de la Universidad de Durham:
“Para muchos físicos, la cantidad inexplicable pero aparentemente especial de energía oscura en nuestro Universo es un rompecabezas frustrante. Nuestras simulaciones muestran que incluso si hubiera mucha más energía oscura o incluso muy poca en el Universo, solo tendría un efecto mínimo en la formación de estrellas y planetas, lo que aumenta la posibilidad de que la vida pueda existir en todo el Multiverso ".
Para el segundo estudio, el equipo utilizó la misma simulación de la colaboración EAGLE para investigar el efecto de diversos grados de CC en la formación de galaxias y estrellas. Esto consistió en simular universos que tenían valores de Lambda que iban de 0 a 300 veces el valor actual observado en nuestro universo.
Sin embargo, dado que la tasa de formación estelar del Universo alcanzó un máximo de alrededor de 3.500 millones de años antes del inicio de la expansión acelerada (hace unos 8.500 millones de años y 5.300 millones de años después del Big Bang), los aumentos en el CC solo tuvieron un pequeño efecto en la tasa de formación estelar.
En conjunto, estas simulaciones indicaron que en un Multiverso, donde las leyes de la física pueden diferir ampliamente, los efectos de una mayor expansión cósmica acelerada de energía oscura no tendrían un impacto significativo en las tasas de formación de estrellas o galaxias. Esto, a su vez, indica que otros Universos en el Multiverso serían casi tan habitables como los nuestros, al menos en teoría. Como explicó el Dr. Barnes:
“Anteriormente se pensaba que el Multiverso explicaba el valor observado de la energía oscura como una lotería: tenemos un boleto de la suerte y vivimos en el Universo que forma hermosas galaxias que permiten la vida tal como la conocemos. Nuestro trabajo muestra que nuestro boleto parece demasiado afortunado, por así decirlo. Es más especial de lo que debe ser para toda la vida. Este es un problema para el multiverso; queda un rompecabezas ".
Sin embargo, los estudios del equipo también arrojan dudas sobre la capacidad de la teoría del multiverso para explicar el valor observado de la energía oscura en nuestro universo. Según su investigación, si vivimos en un multiverso, estaríamos observando hasta 50 veces más energía oscura de lo que somos. Aunque sus resultados no descartan la posibilidad del Multiverso, la pequeña cantidad de Energía Oscura que hemos observado se explicaría mejor por la presencia de una ley de la naturaleza aún no descubierta.
Como explicó el profesor Richard Bower, miembro del Instituto de Cosmología Computacional de la Universidad de Durham y coautor del artículo:
“La formación de estrellas en un universo es una batalla entre la atracción de la gravedad y la repulsión de la energía oscura. Hemos encontrado en nuestras simulaciones que los universos con mucha más energía oscura que la nuestra pueden formar estrellas felizmente. Entonces, ¿por qué una cantidad tan miserable de energía oscura en nuestro Universo? Creo que deberíamos buscar una nueva ley de la física para explicar esta extraña propiedad de nuestro Universo, y la teoría del Multiverso hace poco para rescatar la incomodidad de los físicos ".
Estos estudios son oportunos ya que vienen inmediatamente después de la teoría final de Stephen Hawking, que arrojó dudas sobre la existencia del Multiverso y propuso un Universo finito y razonablemente suave. Básicamente, los tres estudios indican que el debate sobre si vivimos o no en un Multiverso y el papel de la Energía Oscura en la evolución cósmica está lejos de terminar. Pero podemos esperar que las misiones de la próxima generación proporcionen algunas pistas útiles en el futuro.
Estos incluyen el Telescopio espacial James Webb (JWST), el Telescopio de reconocimiento infrarrojo de campo amplio (WFIRST) y observatorios terrestres como el Matriz de kilómetros cuadrados (SKA) Además de estudiar exoplanetas y objetos en nuestro Sistema Solar, esta misión se dedicará a estudiar cómo se formaron las primeras estrellas y galaxias y a determinar el papel desempeñado por Dark Energy.
Además, se espera que todas estas misiones estén reuniendo su primera luz en algún momento de la década de 2020. ¡Estén atentos, porque más información, con implicaciones cosmológicas, llegará en unos pocos años!
