Las ecuaciones de Einstein chocan con los misterios del Universo

¿Por qué se está acelerando la expansión de nuestro Universo? Veinticinco años después de su descubrimiento, este fenómeno sigue siendo uno de los mayores misterios científicos de la actualidad. Para avanzar es necesario probar las leyes fundamentales de la física, incluida la relatividad general de Albert Einstein.

Según la teoría de Einstein, nuestro Universo se deforma bajo la influencia de la materia que allí se encuentra, algo así como una gran lámina flexible. Estas deformaciones, provocadas por la gravedad de los cuerpos celestes, se denominan “pozos gravitacionales”. Cuando la luz atraviesa este marco formado por irregularidades, su trayectoria es desviada por estos pozos, como bajo el efecto de una lente de cristal.

Pero aquí es la gravedad y no el cristal la que desvía la luz. Esto es lo que llamamos el efecto “lente gravitacional” (explicaciones en vídeo). La observación de este efecto proporciona información sobre los componentes, la historia y la expansión del Universo. Su primera medición, en 1919, durante un eclipse solar, confirmó la teoría de Einstein, que predecía una desviación de la luz dos veces mayor que la de Isaac Newton.

Esta diferencia se explica por la adición de un nuevo “ingrediente” por parte de Einstein: la distorsión del tiempo, además de la distorsión del espacio, para obtener la curvatura exacta de la luz.

Pero en los confines del Universo, ¿funcionan estas ecuaciones? Ésta es la pregunta que se hacen muchos científicos que buscan cuantificar la densidad de la materia en el cosmos y comprender la aceleración de su expansión. Gracias a un uso sin precedentes de los datos del Dark Energy Survey (un programa internacional para registrar la forma de cientos de millones de galaxias), un equipo de las universidades de Ginebra (UNIGE) y Toulouse III-Paul Sabatier proporciona nuevas respuestas en “NatureCommunications .”

“Hasta ahora, los datos del Dark Energy Survey se utilizaban para medir la distribución de la materia en el Universo. En nuestro estudio, los utilizamos para medir directamente la distorsión del tiempo y el espacio y así comparar nuestros resultados con las predicciones de Einstein”, explica Camille Bonvin, profesora asociada del Departamento de Física Teórica de la Facultad de Ciencias de la UNIGE, que dirigió el estudio. este trabajo.

Los datos del Dark Energy Survey permiten mirar muy lejos en el espacio y, por tanto, muy lejos en el pasado. De este modo, el equipo franco-suizo pudo realizar análisis de 100 millones de galaxias, en cuatro momentos diferentes de la historia del Universo: hace 3,5, 5, 6 y 7 mil millones de años. Estas mediciones permitieron conocer cómo crecieron los pozos gravitacionales a lo largo del tiempo, durante un período que abarca más de la mitad de la historia del cosmos.

“Descubrimos que, hace mucho tiempo, hace 6 y 7 mil millones de años, la profundidad de los pozos coincide completamente con las predicciones de Einstein. Por otro lado, en el período más cercano a hoy, hace 3.500 y 5.000 millones de años, son un poco menos profundos de lo que predijo Einstein”, revela Isaac Tutusaus, astrónomo asistente del Instituto de Investigación en Astrofísica y Planetología de Toulouse, primer autor. del estudio. También fue en este mismo período “cercano” a hoy cuando la expansión del Universo comenzó a acelerarse.

Por tanto, es posible que la respuesta a estos dos extraños fenómenos (la aceleración del Universo y el menor crecimiento de los pozos gravitacionales) sea la misma: la gravitación podría responder, a gran escala, a leyes físicas diferentes a las de Einstein. ¿Suficiente para invalidar a Einstein?

“Nuestros resultados muestran que las predicciones de Einstein tienen una inconsistencia de 3 sigma con las mediciones. En el lenguaje de la física, tal umbral de incompatibilidad despierta nuestro interés y requiere más investigación.

Pero esta incompatibilidad no es lo suficientemente grande, en esta etapa, para refutar la teoría de Einstein. Para ello sería necesario alcanzar un umbral de 5 sigma (Si obtenemos un resultado con una significación estadística de cinco sigmas, esto significa que es casi seguro que la diferencia observada se debe a un fenómeno nuevo y no a una fluctuación estadística (Nota del editor).. Por tanto, es fundamental contar con mediciones más precisas para confirmar o refutar estos primeros resultados, y saber si esta teoría sigue siendo válida en nuestro universo, a distancias muy grandes”, subraya Nastassia Grimm, investigadora postdoctoral en el Departamento de Física Teórica de UNIGE, coautor del estudio.

El equipo se está preparando para analizar nuevos datos del telescopio espacial Euclid, lanzado hace un año. Al observar el Universo desde el espacio, sus mediciones de lentes gravitacionales son mucho más precisas. Además, Euclides observará un número fenomenal de galaxias: alrededor de mil millones y medio después de seis años de observación. Esto permitirá medir mejor las distorsiones espacio-temporales, retroceder aún más en el tiempo y probar más a fondo las ecuaciones de Einstein.