Observaciones desafían las teorías cosmológicas

Un estudio de la Universidad de Bonn examina lo bien qué tan las mediciones actuales coinciden con las predicciones del modelo estándar de cosmología 

Las observaciones recientes crean un rompecabezas para los astrofísicos: desde el big bang, con el tiempo se han formado menos grupos de galaxias de lo que realmente se esperaba. Los físicos de la universidad de Bonn ya han confirmado este fenómeno. Durante los próximos tres años, los investigadores analizarán sus datos con mayor detalle. Esto los pondrá en una posición para confirmar si las teorías consideradas válidas hoy en día deben ser revisadas. El estudio forma parte de una serie de 20 publicaciones que aparecen en la revista profesional "Astronomy and Astrophysics". 

Hace casi 13.800 millones de años, el Big Bang marcó el comienzo de nuestro universo. Creó el espacio y el tiempo, pero también toda la materia en que consiste nuestro universo hoy. A partir de entonces, el espacio se expandió a una velocidad aterradora y también lo hizo la niebla difusa en la que la materia estaba distribuida de manera casi uniforme. 

Pero no completamente: en algunos lugares la niebla era un poco más densa que en otros. Como resultado, estas regiones ejercieron una fuerza gravitatoria ligeramente más fuerte y atrajeron lentamente el material de su entorno. Con el tiempo, la materia se concentró cada vez más en estos puntos de condensación. Al mismo tiempo, el espacio entre ellos se fue vaciando gradualmente. Durante más de 13 mil millones de años, esto dio lugar a la formación de una estructura similar a una esponja: grandes "agujeros" sin materia, separados por pequeñas áreas dentro de las cuales se aglomeran miles de galaxias: los grupos de galaxias. 

Vista de longitud de onda múltiple del cúmulo de galaxias XLSSC006: La imagen muestra el cúmulo de galaxias XLSSC 006. Esta imagen compuesta resulta de la combinación de datos de rayos X suavizados de la Topografía XXL (púrpura) junto con observaciones ópticas e infrarrojas del Telescopio Canadá-Francia-Hawái. Crédito: ESA / XMM-Newton (rayos X); CFHT (óptico); Topografia XXL

Seis parámetros explican todo el universo. 

El modelo estándar de cosmología describe esta historia del universo, desde los primeros segundos después del Big Bang hasta el día actual. Lo bueno de esto: el modelo logra explicar, con solo seis parámetros, todo lo que sabemos hoy sobre el nacimiento y la evolución del Universo. No obstante, el modelo ahora puede haber llegado a sus límites. "Las nuevas evidencias observacionales apuntan al hecho de que la materia se distribuye hoy de una manera diferente a la que predice la teoría", explica el Dr. Florian Pacaud del Instituto Argelander-Für Astronomie de la Universidad de Bonn. 

Todo comenzó con las mediciones del satélite Planck, que fue lanzado por la Agencia Espacial Europea (ESA) para medir la radiación de fondo cósmica. Esta radiación es, hasta cierto punto, un resplandor del big bang. Transmite información crucial sobre la distribución de la materia en el universo primitivo; Mostrando la distribución ya que fue solo 380.000 años después del Big Bang. 

De acuerdo con las mediciones de Planck, esta distribución inicial fue tal que, a lo largo del tiempo cósmico, deberían haberse formado más cúmulos de galaxias de lo que observamos hoy. "Hemos medido con un satélite de rayos X el número de cúmulos de galaxias a diferentes distancias de nosotros mismos", explica el Dr. Pacaud. La idea detrás de esto: la luz de los cúmulos de galaxias remotos ha viajado durante miles de millones de años antes de llegar a nosotros, por lo que los observamos hoy como estaban cuando el universo aún era joven. Por el contrario, se observan grupos cercanos, ya que aparecieron mucho más recientemente. 

Dr. Florian Pacaud del Instituto Argelander für Astronomie en la Universidad de Bonn. Crédito:  Foto de Volker Lannert / Uni Bonn

"Nuestras mediciones confirman que los grupos se formaron muy lentamente", dijo el Dr. Pacaud. "Hemos estimado hasta qué punto este resultado está en conflicto con las predicciones básicas del modelo estándar." Si bien existe una gran discrepancia entre las mediciones y las predicciones, la incertidumbre estadística en el presente estudio aún no es lo suficientemente estricta como para poner realmente en tela de juicio la teoría. Sin embargo, los investigadores esperan obtener resultados sustancialmente más restrictivos del mismo proyecto en los próximos tres años. Esto finalmente revelará si el modelo estándar necesita ser revisado. 

La energía oscura, ¿una constante? 

El estudio también proporciona una visión de la naturaleza de la energía oscura. Este misterioso componente del Universo actúa como una especie de polvo de hornear interestelar que hace que la expansión cósmica se acelere. La "cantidad" de energía oscura, la constante cosmológica, debería haberse mantenido igual desde el big bang; O eso asume el modelo estándar de la cosmología. Muchas observaciones parecen apuntar en esta dirección. "Nuestra medida también apoya esta tesis", explica el Dr. Pacaud. "Pero aquí nuevamente obtendremos resultados más precisos en un futuro cercano". 

El estudio forma parte de un proyecto a gran escala con el nombre apropiado de 'Topografía XXL', en el que cooperan más de 100 científicos de todo el mundo. Las 20 nuevas publicaciones de la colaboración, reunidas en un número especial de Astronomy & Astrophysics ( https://www.aanda.org/component/toc/?task=topic&id=927 ), solo proporciona una muestra de la potencia total del proyecto. El análisis actual se basa en una muestra de 365 grupos, de los cuales (hasta ahora) solo se utilizan 200 para los análisis estadísticos. Al final del proyecto, planeado para 2020, esta base de datos se duplicará a unas 400 a 500 agrupaciones. Los detalles se pueden encontrar en http://irfu.cea.fr/xxl. Un comunicado de prensa de la ESA asociado con las 20 publicaciones también se puede encontrar en la red: http://sci.esa.int/xmm-newton/60686.

Publicación: F. Pacaud et al .: The XXL Survey XXV. Análisis cosmológico de los conteos de números de conglomerados C1; Astronomía y astrofísica; Internet: https://doi.org/10.1051/0004-6361/201834022

Fuente: Universidad de Bonn