Fotograma de una animación que muestra la expansión del universo en la cosmología estándar de 'Lambda Cold Dark Matter', que incluye energía oscura (panel superior izquierdo, rojo), el nuevo modelo Avera, que considera la estructura del universo y elimina la necesidad de energía oscura (panel superior medio, azul), y la cosmología de Einstein-de Sitter, el modelo original sin energía oscura (panel superior derecho, verde). El panel en la parte inferior muestra el aumento del 'factor de escala' (una indicación del tamaño) en función del tiempo, donde 1Gya es mil millones de años. El crecimiento de la estructura también se puede ver en los paneles superiores. Un punto representa aproximadamente un cúmulo de galaxias completo. Las unidades de escala están en Megaparsecs (Mpc), donde 1 Mpc es alrededor de 3 millones de millones de km. Crédito:István Csabai et al.
Enigmática 'energía oscura', se cree que constituye el 68% del universo, puede que no exista en absoluto, según un equipo húngaro-estadounidense. Los investigadores creen que los modelos estándar del universo no tienen en cuenta su estructura cambiante, pero que una vez hecho esto, la necesidad de energía oscura desaparece. El equipo publica sus resultados en un artículo en Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society .
Nuestro universo se formó en el Big Bang, 13,8 mil millones de años, y se ha estado expandiendo desde entonces. La pieza clave de evidencia para esta expansión es la ley de Hubble, basado en observaciones de galaxias, que establece que, en promedio, la velocidad con la que una galaxia se aleja de nosotros es proporcional a su distancia.
Los astrónomos miden esta velocidad de recesión observando líneas en el espectro de una galaxia, que cambian más hacia el rojo cuanto más rápido se aleja la galaxia. Desde la década de 1920, El mapeo de las velocidades de las galaxias llevó a los científicos a concluir que todo el universo se está expandiendo, y que comenzó su vida como un pequeño punto que se desvanece.
En la segunda mitad del siglo XX, Los astrónomos encontraron evidencia de "materia oscura" invisible al observar que se necesitaba algo adicional para explicar el movimiento de las estrellas dentro de las galaxias. Ahora se cree que la materia oscura constituye el 27% del contenido del universo (en contraste, la materia "ordinaria" asciende a solo el 5%).
Observaciones de las explosiones de estrellas enanas blancas en sistemas binarios, las llamadas supernovas de Tipo Ia, en la década de 1990 llevó a los científicos a la conclusión de que un tercer componente, energía oscura, constituía el 68% del cosmos, y es responsable de impulsar una aceleración en la expansión del universo.
En el nuevo trabajo los investigadores, dirigido por el estudiante de doctorado Gábor Rácz de la Universidad Eötvös Loránd en Hungría, cuestionar la existencia de energía oscura y sugerir una explicación alternativa. Argumentan que los modelos convencionales de cosmología (el estudio del origen y evolución del universo), se basan en aproximaciones que ignoran su estructura, y donde se supone que la materia tiene una densidad uniforme.
"Las ecuaciones de la relatividad general de Einstein que describen la expansión del universo son tan complejas matemáticamente, que durante cien años no se han encontrado soluciones que expliquen el efecto de las estructuras cósmicas. Sabemos por observaciones muy precisas de supernovas que el universo se está acelerando, pero al mismo tiempo nos basamos en aproximaciones burdas a las ecuaciones de Einstein que pueden introducir efectos secundarios graves, como la necesidad de energía oscura, en los modelos diseñados para ajustarse a los datos de observación ", explica el Dr. László Dobos, coautor del artículo, también en la Universidad Eötvös Loránd.
En la práctica, La materia normal y oscura parece llenar el universo con una estructura similar a una espuma, donde las galaxias se encuentran en las paredes delgadas entre burbujas, y se agrupan en supercúmulos. En contraste, el interior de las burbujas está casi vacío de ambos tipos de materia.
Usando una simulación por computadora para modelar el efecto de la gravedad en la distribución de millones de partículas de materia oscura, los científicos reconstruyeron la evolución del universo, incluyendo la acumulación temprana de materia, y la formación de estructuras a gran escala.
A diferencia de las simulaciones convencionales con un universo en expansión suave, tener en cuenta la estructura condujo a un modelo en el que diferentes regiones del cosmos se expanden a diferentes velocidades. Sin embargo, la tasa de expansión promedio es consistente con las observaciones actuales, lo que sugiere una aceleración general.
El Dr. Dobos agrega:"La teoría de la relatividad general es fundamental para comprender la forma en que evoluciona el universo. No cuestionamos su validez; cuestionamos la validez de las soluciones aproximadas. Nuestros hallazgos se basan en una conjetura matemática que permite la expansión diferencial del espacio , coherente con la relatividad general, y muestran cómo la formación de estructuras complejas de materia afecta la expansión. Estos problemas fueron previamente barridos bajo la alfombra, pero tenerlos en cuenta puede explicar la aceleración sin la necesidad de energía oscura ".
Si se mantiene este hallazgo, podría tener un impacto significativo en los modelos del universo y la dirección de la investigación en física. Durante los últimos 20 años, astrónomos y físicos teóricos han especulado sobre la naturaleza de la energía oscura, pero sigue siendo un misterio sin resolver. Con el nuevo modelo, Csabai y sus colaboradores esperan como mínimo iniciar un animado debate.
