Un grupo de investigadores ha utilizado las lentes gravitacionales contra la relatividad de Einstein, para comprobar su robustez. Es un trabajo más en una larga lista de los estudios que intentan demostrar que, es posible, que la expansión del universo no funciona completamente como creíamos…
Las lentes gravitacionales como herramienta contra la fiabilidad de la relatividad
¿Por qué la expansión del universo está en aceleración? Veinticinco años después de su descubrimiento, este fenómeno sigue siendo uno de los grandes misterios científicos. Resolverlo requiere poner a prueba las leyes fundamentales de la física, incluyendo la relatividad general de Albert Einstein. Según su teoría, el universo está deformado por la materia, como como una gran lámina flexible. Esta deformaciones, provocadas por la gravedad de los objetos celestes, son pozos gravitacionales. Cuando la luz pasa por este tejido irregular, su trayectoria se ve desviada por esos pozos.
Es algo similar al efecto de una lente. Sin embargo, en este caso es la gravedad, y no el cristal, lo que curva la luz. El fenómeno recibe el nombre de lente gravitacional. Su observación permite conseguir información sobre los componentes (lo que actúa como lupa), historia y expansión del universo. Su primera medición, tomada durante el eclipse solar de 1919, confirmó la teoría de Einstein, que predijo que la luz se desviaría el doble de lo que predecía Isaac Newton. Esta diferencia se debe a la introducción de un elemento clave por parte de Einstein: la deformación del tiempo.
Sumada a la deformación del espacio, permite obtener la curvatura exacta de la luz. La pregunta que se plantean algunos investigadores es si estas ecuaciones son válidas en grandes distancias. Es algo que muchos están investigando, en busca de cuantificar la densidad de materia en el cosmos y para entender la aceleración de su expansión. Usando los datos de la Encuesta de Energía Oscura (un proyecto que crea un mapa de la forma de cientos de millones de galaxias), un grupo de investigadores ha proporcionado nuevas pistas.
El impacto de los pozos gravitacionales
Hasta ahora, explican, los datos de la Encuesta de Energía Oscura se han utilizado para medir la distribución de materia en el universo. En su trabajo, sin embargo, los han usado para medir directamente la distorsión del tiempo y el espacio. Esto permite comparar sus hallazgos con las predicciones de Einstein. Los datos de la Encuesta de Energía Oscura permiten mirar muy lejos en el espacio y, por tanto, lejos en el pasado. El equipo ha analizado 100 millones de galaxias en cuatro puntos diferentes de la historia del universo.
Concretamente, hace 3’5, 5, 6 y 7 mil millones de años. Estas mediciones han desvelado de qué manera han evolucionado los pozos gravitacionales a lo largo del tiempo. Abarca más de la mitad de la historia del universo. Los investigadores explican que han descubierto, en el pasado lejano, que hace 6 y 7 mil millones de años, la profundidad de los pozos encaja con las predicciones de Einstein. Más cerca en el presente, hace entre 3,5 y 5 mil millones de años, son algo menos profundos de lo que predice Einstein. Este período es particularmente intrigante.
Coincide con el momento en el que la expansión del universo comenzó a acelerar. Por tanto, la respuesta a este fenómeno, la aceleración del universo y un crecimiento más lento de los pozos gravitacionales, podría ser la misma. Es posible que la gravedad funcione de bajo leyes físicas diferentes a gran escala que las que predice Einstein. Los resultados de los investigadores muestran que las predicciones de Einstein tienen una incompatibilidad de 3 sigma con las mediciones. En el lenguaje de la física, está en una incompatibilidad que despierta el interés.
La relatividad no tiene por qué estar equivocada a pesar de las mediciones de las lentes gravitacionales
Es una incompatibilidad suficientemente grande como para que los investigadores quieran realizar más trabajos. Al mismo tiempo, no es tan grande como para que, al menos por ahora, se pueda considerar que la teoría de la relatividad está invalidada. Para que eso suceda, es necesario llegar a los 5 sigma. Por ello, es esencial, explican los investigadores, disponer de mediciones más precisas, que permitan confirmar o refutar estos primeros resultados. Así se podrá comprobar si la teoría sigue siendo válida, en el universo, a grandes distancias.
El equipo se está preparando para analizar los datos del telescopio espacial Euclid, que se lanzó hace un año. A medida que Euclid observe el universo desde el espacio, sus mediciones de las lentes gravitacionales serán mucho más precisas. Además, se espera que observe 1500 millones de galaxias en los seis años de su misión principal. Esto permitirá disponer de mediciones más precisas de las distorsiones del espacio-tiempo. Lo que permitirá, a su vez, poder mirar más lejos en el tiempo y seguir poniendo a prueba las ecuaciones de Einstein.
Es necesario recordar, en cualquier caso, que la relatividad de Einstein ha sido puesta a prueba en incontables ocasiones. Hasta ahora, ningún trabajo ha logrado demostrar que sus predicciones se equivoquen. Por lo que, probablemente, este estudio terminará en la misma línea. Es cierto, al mismo tiempo, que la única forma de descubrir posibles lagunas es poniendo a prueba sus ecuaciones. Veremos qué sucede en los próximos años. ¿Es posible que, realmente, la relatividad no sea tan robusta en grandes distancias como se piensa?
Estudio
El estudio es I. Tutusaus, C. Bonvin y N. Grimm; «Measurement of the Weyl potential evolution from the first three years of dark energy survey data». Publicado en la revista Nature Communications el 11 de noviembre de 2024. Puede consultarse en este enlace.
Referencias: Phys
