Comprender esta aceleración implica poner a prueba las leyes fundamentales de la física, en particular la teoría de la relatividad general de Albert Einstein. Un equipo de investigadores de las universidades de Ginebra (UNIGE) y Toulouse III – Paul Sabatier ha comparado las predicciones de Einstein con datos del Dark Energy Survey (DES). Los resultados obtenidos muestran una pequeña discrepancia que varía según el periodo de la historia cósmica analizado, lo cual plantea interrogantes sobre la validez de las teorías de Einstein cuando se aplican a fenómenos que ocurren a escalas cósmicas.

La teoría de la relatividad general de Einstein describe el universo como un espacio-tiempo flexible y deformable bajo la influencia de la materia. Imaginemos este espacio-tiempo como una superficie elástica que se curva alrededor de objetos masivos, creando lo que se conoce como pozos gravitacionales. Cuando la luz atraviesa esta superficie deformada, su trayectoria se curva siguiendo la forma del espacio-tiempo, un efecto que recuerda al de una lente óptica. A este fenómeno se le llama lente gravitacional. Desde su primera medición en 1919, durante un eclipse solar, las observaciones de las lentes gravitacionales han demostrado ser herramientas clave para estudiar la distribución de la materia en el universo y explorar su expansión.

Lente gravitacional de galaxias lejanas por el cúmulo de galaxias Abell 2390, observado por el satélite Euclid. Crédito: J.-C. Cuillandre (CEA Paris-Saclay), G. Anselmi / ESA/Euclid/Euclid Consortium/NASA

Este reciente estudio emplea los datos del Dark Energy Survey, un proyecto que cartografía las formas de cientos de millones de galaxias en un esfuerzo por comprender cómo se distribuye la materia y cómo evoluciona el universo. En lugar de centrarse únicamente en la distribución de la materia, los científicos de este equipo aprovecharon los datos para medir directamente la distorsión del espacio y el tiempo, permitiéndoles comparar sus observaciones con las predicciones teóricas de Einstein.

Al examinar estas observaciones, el equipo franco-suizo estudió 100 millones de galaxias en cuatro puntos diferentes de la historia cósmica: hace 3,5, 5, 6 y 7 mil millones de años. Esta variedad de periodos temporales permite observar cómo han cambiado los pozos gravitacionales a lo largo del tiempo, proporcionando una visión de más de la mitad de la historia del universo.

Los resultados revelaron que, hace 6 y 7 mil millones de años, los pozos gravitacionales eran tan profundos como lo predijo Einstein; sin embargo, en épocas más recientes, hace aproximadamente 3,5 y 5 mil millones de años, estos pozos son ligeramente menos profundos de lo esperado. Este período coincide con el inicio de la expansión acelerada del universo, lo que sugiere que ambos fenómenos podrían estar relacionados y que las leyes de la gravedad, tal y como las entendemos, podrían ser diferentes a gran escala.

Estas observaciones ponen a prueba la robustez de la teoría de Einstein en el ámbito cosmológico. Nastassia Grimm, investigadora postdoctoral de la Universidad de Ginebra y coautora del estudio, explica que la discrepancia encontrada alcanza un nivel de significancia de 3 sigma. En términos de física, esta magnitud de incompatibilidad despierta gran interés en la comunidad científica y justifica la necesidad de investigaciones adicionales. Sin embargo, para que se pueda refutar definitivamente la teoría de Einstein, sería necesario alcanzar un umbral de 5 sigma, lo que requeriría datos aún más precisos.

En este contexto, los científicos tienen la esperanza de que el telescopio espacial Euclid, lanzado hace un año, proporcione mediciones mucho más detalladas. Este telescopio está diseñado para observar aproximadamente 1,5 mil millones de galaxias en un periodo de seis años, y su precisión en las observaciones de lentes gravitacionales permitirá mirar aún más atrás en el tiempo y realizar pruebas más rigurosas de las ecuaciones de Einstein. Con Euclid, los astrónomos podrían lograr una comprensión más profunda de las distorsiones del espacio-tiempo y, potencialmente, resolver el misterio de la aceleración cósmica.

La expansión acelerada del universo sigue siendo un enigma que desafía nuestra comprensión de la física y del cosmos. Las observaciones del equipo de las universidades de Ginebra y Toulouse representan un paso hacia la posible reevaluación de las leyes fundamentales que gobiernan el universo. Aunque la teoría de la relatividad general sigue siendo una de las piedras angulares de la física moderna, estos hallazgos sugieren que, en las vastas extensiones del cosmos, podría haber aspectos de la gravedad que aún no comprendemos completamente.