¿Qué forma tiene el espacio?
Todo lo que creemos saber sobre la forma del universo podría estar equivocado. En lugar de ser plano como una sábana, nuestro universo puede ser curvo, como un globo masivo e inflado, según un nuevo estudio.
Ese es el resultado de un nuevo artículo publicado hoy (4 de noviembre) en la revista Nature Astronomy,que analiza los datos del fondo cósmico de microondas (CMB), el débil eco del Big Bang. Pero no todos están convencidos; los nuevos hallazgos, basados en datos publicados en 2018, contradicen tanto años de sabiduría convencional como otro estudio reciente basado en ese mismo conjunto de datos de CMB.
Si el universo es curvo, según el nuevo documento, se curva suavemente. Esa flexión lenta no es importante para movernos por nuestras vidas, o el sistema solar, o incluso nuestra galaxia. Pero viaja más allá de todo eso, fuera de nuestro vecindario galáctico, lejos en la negrura profunda, y eventualmente, moviéndote en línea recta, darás vueltas y terminarás justo donde comenzaste. Los cosmólogos llaman a esta idea el «universo cerrado». Ha existido por un tiempo, pero no encaja con las teorías existentes de cómo funciona el universo. Por lo tanto, ha sido rechazado en gran medida a favor de un «universo plano» que se extiende sin límites en todas las direcciones y no gira sobre sí mismo. Ahora, una anomalía en los datos de la mejor medición del CMB ofrece evidencia sólida (pero no absolutamente concluyente) de que el universo está cerrado después de todo, según los autores: la cosmóloga de la Universidad de Manchester Eleonora Di Valentino, el cosmólogo de la Universidad Sapienza de Roma Alessandro Melchiorri y el cosmólogo de la Universidad Johns Hopkins Joseph Silk.
La diferencia entre un universo cerrado y abierto es un poco como la diferencia entre una sábana plana estirada y un globo inflado, dijo Melchiorri a Live Science. En cualquier caso, todo se está expandiendo. Cuando la hoja se expande, cada punto se aleja de todos los demás puntos en línea recta. Cuando el globo se infla, cada punto de su superficie se aleja más de todos los demás puntos, pero la curvatura del globo hace que la geometría de ese movimiento sea más complicada.
«Esto significa, por ejemplo, que si tienes dos fotones y viajan en paralelo en un universo cerrado, [eventualmente] se encontrarán», dijo Melchiorri.
En un universo abierto y plano, los fotones, si no se perturban, viajarían a lo largo de sus cursos paralelos sin interactuar nunca.
El modelo convencional de la inflación del universo, dijo Melchiorri, sugiere que el universo debería ser plano. Rebobina la expansión del espacio hasta el principio, hasta los primeros 0.000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000 Y la física de esa expansión súper rápida apunta a un universo plano. Esa es la primera razón por la que la mayoría de los expertos creen que el universo es plano, dijo. Si el universo no es plano, hay que «afinar» la física de ese mecanismo primordial para que todo encaje, y rehacer innumerables otros cálculos en el proceso, dijo Melchiorri.
Pero eso podría terminar siendo necesario, escribieron los autores en el nuevo estudio.
Eso es porque hay una anomalía en el CMB. El CMB es lo más antiguo que vemos en el universo, hecho de luz ambiental de microondas que impregna todo el espacio cuando bloqueas las estrellas y galaxias y otras interferencias. Es una de las fuentes de datos más importantes sobre la historia y el comportamiento del universo, porque es muy antiguo y está tan extendido por todo el espacio. Y resulta, según los últimos datos, que hay significativamente más «lente gravitacional» del CMB de lo esperado, lo que significa que la gravedad parece estar doblando las microondas del CMB más de lo que la física existente puede explicar.
Los datos en los que se basa el equipo provienen de una versión de 2018 del experimento Planck, un experimento de la Agencia Espacial Europea (ESA) para mapear el CMB con más detalle que nunca. (Los nuevos datos se publicarán en un próximo número de la revista Astronomy & Astrophysics y ya están disponibles en el sitio web de la ESA. Tanto Di Valentino como Melchiorri también fueron parte de ese esfuerzo).
Para explicar esa lente adicional, la Colaboración Planck acaba de agregar una variable adicional, que los científicos llaman «A_lens», al modelo del grupo de la formación del universo: «Esto es algo que pones allí a mano, tratando de explicar lo que ves. No hay conexión con la física», dijo Melchiorri, lo que significa que no hay A_lens parámetro en la teoría de la relatividad de Einstein. «Lo que encontramos es que se puede explicar A_lens con un universo curvado positivamente, que es una interpretación mucho más física que se puede explicar con la relatividad general».
Melchiorri señaló que la interpretación de su equipo no es concluyente. Según los cálculos del grupo, los datos de Planck apuntan a un universo cerrado con una desviación estándar de 3,5 sigma (una medida estadística que significa aproximadamente un 99,8% de confianza en que el resultado no se debe al azar aleatorio). Eso está muy por debajo del estándar de 5 sigma que los físicos suelen buscar antes de confirmar una idea.
Pero algunos cosmólogos dijeron que había aún más razones para ser escépticos.
Andrei Linde, cosmólogo de la Universidad de Stanford, dijo a Live Science que el artículo de Nature Astronomy no tuvo en cuenta otro artículo importante, publicado en la base de datos arXiv el 1 de octubre. (Ese artículo aún no se ha publicado en una revista revisada por pares).
En ese artículo, los cosmólogos de la Universidad de Cambridge George Efstathiou y Steven Gratton, quienes también trabajaron en la Colaboración Planck, observaron un subconjunto de datos más estrecho que el artículo de Nature Astronomy. Su análisis también apoyó un universo curvo, pero con mucha menos confianza estadística que di Valentino, Melchiorri y Silk encontraron mirando un segmento más grande de los datos de Planck. Sin embargo, cuando Efstathiou y Graton observaron los datos junto con otros dos conjuntos de datos existentes del universo temprano, encontraron que, en general, la evidencia apuntaba hacia un universo plano.
Cuando se le preguntó sobre el documento de Efstathiou y Gratton, Melchiorri elogió el cuidadoso tratamiento de la obra. Pero dijo que el análisis del dúo se basa en un segmento demasiado pequeño de los datos de Planck. Y señaló que su investigación se basa en una versión modificada (y, en teoría, mejorada) de los datos de Planck, no en el conjunto de datos públicos que más de 600 físicos habían examinado.
Linde señaló ese reanálisis como una señal de que el artículo de Efstathiou y Gratton se basaba en mejores métodos.
Efstathiou pidió no ser citado directamente, pero señaló en un correo electrónico a Live Science que si el universo fuera curvo, plantearía una serie de problemas, contradiciendo esos otros conjuntos de datos del universo primitivo y empeorando las discrepancias en la tasa de expansión observada del universo. Gratton dijo que estaba de acuerdo.
Melchiorri también estuvo de acuerdo en que el modelo de universo cerrado plantearía una serie de problemas para la física.
«No quiero decir que creo en un universo cerrado», dijo. «Soy un poco más neutral. Yo diría, esperemos los datos y lo que dirán los nuevos datos. Lo que creo es que hay una discrepancia ahora, que tenemos que tener cuidado y tratar de encontrar lo que está produciendo esta discrepancia».