La historia del universo nos presenta un dilema tan extraño como intrigante. La aceleración de su expansión no encaja, es algo a lo que se denomina tensión de Hubble. Un grupo de cosmólogos intenta resolverla con la energía oscura joven…

¿Qué es la tensión de Hubble?

Antes de hablar de ese nuevo modelo que han desarrollado, es necesario explicar qué es, exactamente, la llamada tensión de Hubble. Como seguramente sepas, el universo se expande desde el Big Bang. No solo eso, la expansión está acelerando. Pero, y aquí el problema, la velocidad de esa aceleración es diferente según qué referencia utilicemos para medirla. Podemos utilizar la radiación de fondo de microondas, la luz más antigua del universo, o nuestro entorno local para analizar esa aceleración. Y los valores son diferentes.

Energía oscura joven: resolviendo la tensión de Hubble
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Esta es la radiación de fondo de microondas. Crédito: NASA/WMAP Science Team

La radiación de fondo de microondas es la luz más antigua que podemos observar en el cosmos. Se emitió cuando el universo tenía unos 380 000 años. Su estudio es muy interesante porque nos ofrece una ventana a una época en la que el universo era mucho más joven, y diferente, que lo que podemos observar a nuestro alrededor. También nos permite analizar cuál es el ritmo de aceleración de la expansión del universo. Pero el valor que nos da es más lento que el que obtenemos si hacemos la misma operación en nuestro entorno.

Si analizamos las galaxias a nuestro alrededor, el universo más cercano, sin embargo, lo que obtenemos es que el universo se expande más rápido. Con este último sistema, la cifra es aproximadamente de 73 km/s/Mpc (Mpc es un megapársec, 3, 26 millones de años-luz). Con el sistema anterior, observando el universo más distante, la cifra está en torno a los 67 km/s/Mpc. La cifra exacta varía en función de la técnica empleada y de diversos parámetros. Pero, en términos generales, oscila siempre en torno a estas cifras.

El papel de la energía oscura joven

Lo que sí sabemos es que esa aceleración está provocada por la energía oscura. Supone, aproximadamente, el 70% de la composición del universo. Pero, para desconcierto de todos, no está muy claro qué partícula podría ser o cuáles son sus características. Ahora, un grupo de investigadores plantea que podría resolver la tensión de Hubble con algo que denominan energía oscura joven. Por lo que han explicado, los intentos anteriores, de otros equipos, por resolverlo ya permitían intuir cuáles eran las características que debería tener la solución.

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Concepto artístico del satélite Planck. Crédito: ESA – AOES Medialab

Además, podrían poner a prueba la teoría de cuerdas y analizar sus consecuencias. Una de las predicciones es que debería haber un axiverso. Una enorme cantidad de partículas ligeras con propiedades físicas muy concretas y peculiares. Los investigadores explican que, en su trabajo, se dieron cuenta de que bastaba una ligera modificación de las propiedades que deberían tener esas partículas para poder explicar, también, la tensión de Hubble. Si todo encajaba, podrían estar ante una posible solución a partir de ese modelo alternativo.

Así que, con este planteamiento en mente, acudieron a los datos recogidos por telescopios como Planck, que analizó la radiación de fondo de microondas, y aplicaron este modelo de energía oscura joven para ver qué resultados obtenían. En resumidas cuentas, lo que intentaron fue determinar si estas partículas podrían actuar como componentes de la energía oscura, pero en un momento muy anterior al de actuación de la energía oscura actual (que, se sabe, estaba presente hace ya unos 10 000 millones de años).

En busca de los cambios de la energía oscura joven

Ese nuevo modelo de energía oscura joven, aplicado a los datos recogidos por telescopios como Planck, debería dar como resultado una radiación de fondo de microondas con un aspecto muy concreto. Eso son buenas noticias porque, precisamente, hoy en día se tiene una imagen muy definida de cuál es el aspecto exacto de la radiación de fondo de microondas. Así que si ese modelo da como resultado algo muy similar, se podría tomar como una señal de estar buen camino. Para saberlo, llevaron a cabo miles de simulaciones en busca del mejor resultado.

La energía oscura joven podría explicar la aceleración de la expansión del universo en sus primeras etapas.
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El cúmulo de galaxias MACS J1149+2223, localizado a unos 5000 millones de años-luz de la Vía Láctea. Crédito: NASA, ESA, S. Rodney (John Hopkins University, USA) and the FrontierSN team; T. Treu (University of California Los Angeles, USA), P. Kelly (University of California Berkeley, USA) and the GLASS team; J. Lotz (STScI) and the Frontier Fields team; M. Postman (STScI) and the CLASH team; and Z. Levay (STScI)

Lo que obtuvieron es que su propuesta podría funcionar. Sería posible, según su modelo, resolver la tensión de Hubble con la inclusión de la energía oscura joven en forma de esas pequeñas partículas, muy ligeras, con características peculiares. Porque esa energía oscura joven provocaría un pequeño cambio en la aceleración de la expansión del universo. Pero, lejos de cantar victoria, lo cierto es que solo es un paso más para intentar entender uno de los misterios más intrigantes de la cosmología. Podría ser una puerta a nueva física.

Algo muy importante para los cosmólogos y, por extensión, físicos modernos. Nuestra comprensión actual de la física no deja muchos resquicios que apunten a que podría haber más física por descubrir. Mecanismos completos que permitan explicar cosas que, hoy en día, no terminan de encajar. Por ejemplo, la teoría del todo, de la que la teoría de cuerdas es una de sus candidatas más firmes, necesita de realizar algún hallazgo extraordinario. Algo que permita demostrar que se puede unir el mundo de lo más grande y lo más pequeño.

En manos de futuras observaciones

Es muy posible que el modelo que han desarrollado estos investigadores no sea el correcto. Quizá no suceda en la naturaleza, por mucho que en un modelo por ordenador parezca encajar. Pero sí parece apuntar en la dirección de que podría haber alguna partícula, o similar, que actuase como esa denominada energía oscura joven. La única forma de saber si las sospechas de estos investigadores son ciertas es con más observaciones. Otros cosmólogos también están trabajando en busca de intentar resolver la tensión de Hubble.

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Imagen de una simulación por ordenador de la formación de las grandes estructuras del universo. Crédito: ESO

De momento, los investigadores quieren seguir profundizando en su modelo. Intentarán determinar qué propiedades podría tener la energía oscura joven. Su modelo parece producir mejores predicciones que las de otros modelos que se han llevado a cabo. Un motivo más para no querer dejar esta idea en el almacén. En el futuro, también quieren hacer uso de las próximas misiones que estudiarán la radiación de fondo de microondas. Puede que haya más señales de que esas partículas podrían darse en la naturaleza.

Para ello, sin embargo, habrá que esperar. Porque serán necesarios los datos de misiones como Euclid, cuyo lanzamiento está previsto para 2021, para poder refinar sus modelos y predicciones. Lo que está claro es que, en las próximas décadas, seguiremos oyendo hablar de esta tensión de Hubble. A fin de cuentas, es un resquicio que apunta a que podría haber mucho más que no conocemos. Y eso siempre es interesante. La ciencia no deja de hacerse preguntas para las que buscar respuestas. Cuando llegan esas respuestas, solo aparecen más preguntas…

Estudio

El estudio es V. Poulin, T. Smith et al.; «Early Dark Energy can Resolve the Hubble Tension». Publicado en la revista Physical Review Letters el 4 de junio de 2019. Puede ser consultado en este enlace.

Referencias: Phys