¿Por qué el universo se expande a un ritmo acelerado, extendiendo su contenido sobre dimensiones cada vez mayores del espacio? Cuatro físicos teóricos, Edward W. Kolb, del Laboratorio Nacional de Aceleradores Fermi del Departamento de Energía de EE. UU., Chicago (EE. UU.): Sabino Matarrese, de la Universidad de California, propuso una solución original a este rompecabezas, sin duda la pregunta más fascinante de la cosmología moderna. Padova Alessio Notari de la Universidad de Montreal (Canadá); y Antonio Riotto de INFN (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare) de Padova (Italia). Su estudio fue enviado ayer a la revista Physical Review Letters.
En los últimos cien años, la expansión del universo ha sido un tema de discusión apasionada, que ha involucrado a las mentes más brillantes del siglo. Al igual que sus contemporáneos, Albert Einstein inicialmente pensó que el universo era estático: que no se expandió ni se encogió. Cuando su propia teoría de la relatividad general mostró claramente que el universo debería expandirse o contraerse, Einstein decidió introducir un nuevo ingrediente en su teoría. Su "constante cosmológica" representaba una densidad de masa del espacio vacío que impulsó al universo a expandirse a un ritmo cada vez mayor.
Cuando en 1929 Edwin Hubble demostró que el universo se está expandiendo, Einstein repudió su constante cosmológica, calificándola como "el mayor error de mi vida". Luego, casi un siglo después, los físicos resucitaron la constante cosmológica en una variante llamada energía oscura. En 1998, las observaciones de supernovas muy distantes demostraron que el universo se está expandiendo a un ritmo acelerado. Esta expansión acelerada parecía explicarse solo por la presencia de un nuevo componente del universo, una "energía oscura", que representa alrededor del 70 por ciento de la masa total del universo. Del resto, alrededor del 25 por ciento parece estar en forma de otro componente misterioso, la materia oscura; mientras que solo alrededor del 5 por ciento comprende materia ordinaria, esos quarks, protones, neutrones y electrones de los que estamos hechos nosotros y las galaxias.
"La hipótesis de la energía oscura es extremadamente fascinante", explica Antonio Riotto de Padua, "pero por otro lado representa un problema grave. Ningún modelo teórico, ni siquiera el más moderno, como la supersimetría o la teoría de cuerdas, puede explicar la presencia de esta misteriosa energía oscura en la cantidad que requieren nuestras observaciones. Si la energía oscura fuera del tamaño que predicen las teorías, el universo se habría expandido con una velocidad tan fantástica que habría evitado la existencia de todo lo que sabemos en nuestro cosmos ".
La cantidad necesaria de energía oscura es tan difícil de conciliar con las leyes de la naturaleza conocidas que los físicos han propuesto todo tipo de explicaciones exóticas, incluidas nuevas fuerzas, nuevas dimensiones del espacio-tiempo y nuevas partículas elementales ultraligeras. Sin embargo, el nuevo informe no propone ningún ingrediente nuevo para el universo, solo una comprensión de que la aceleración actual del universo es una consecuencia del modelo cosmológico estándar para el universo primitivo: la inflación.
"Nuestra solución a la paradoja planteada por el universo acelerado", dice Riotto, "se basa en la llamada teoría inflacionaria, nacida en 1981. Según esta teoría, dentro de una pequeña fracción de segundo después del Big Bang, el universo experimentó Una expansión increíblemente rápida. Esto explica por qué nuestro universo parece ser muy homogéneo. Recientemente, los experimentos Boomerang y WMAP, que midieron las pequeñas fluctuaciones en la radiación de fondo que se origina con el Big Bang, confirmaron la teoría inflacionaria.
Se cree ampliamente que durante la expansión inflacionaria al principio de la historia del universo, se generaron ondas muy pequeñas en el espacio-tiempo, como lo predijo la teoría de la relatividad general de Einstein. Estas ondas se extendieron por la expansión del universo y se extienden hoy mucho más allá de nuestro horizonte cósmico, que se encuentra en una región mucho más grande que el universo observable, una distancia de aproximadamente 15 mil millones de años luz. En su artículo actual, los autores proponen que es la evolución de estas ondas cósmicas lo que aumenta la expansión observada del universo y explica su aceleración.
"Nos dimos cuenta de que simplemente necesita agregar este nuevo ingrediente clave, las ondas del espacio-tiempo generadas durante la época de inflación, a la Relatividad General de Einstein para explicar por qué el universo se está acelerando hoy", dice Riotto. “Parece que la solución al rompecabezas de la aceleración involucra al universo más allá de nuestro horizonte cósmico. No se requiere misteriosa energía oscura.
Kolb de Fermilab calificó la propuesta de los autores como la explicación más conservadora para el universo acelerado. "Solo requiere una contabilidad adecuada de los efectos físicos de las ondas más allá de nuestro horizonte cósmico", dijo.
Los datos de los próximos experimentos permitirán a los cosmólogos probar la propuesta. "Si Einstein tenía razón cuando introdujo por primera vez la constante cosmológica, o si tenía razón cuando luego refutó la idea, pronto será probada por una nueva ronda de observaciones cosmológicas de precisión", dijo Kolb. "Los nuevos datos pronto nos permitirán distinguir entre nuestra explicación de la expansión acelerada del universo y la solución de energía oscura".
INFN (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare), el instituto nacional de física nuclear de Italia, apoya, coordina y lleva a cabo investigaciones científicas en física subnuclear, nuclear y de astropartículas y participa en el desarrollo de tecnologías relevantes.
Fermilab, en Batavia, Illinois, EE. UU., Es operado por Universities Research Association, Inc. para la Oficina de Ciencia del Departamento de Energía, que financia investigaciones avanzadas en física de partículas y cosmología.
Fuente original: Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
