Uno de los misterios sin resolver en la ciencia moderna es por qué la expansión del universo parece acelerarse. Algunos científicos argumentan que se debe a una energía oscura teórica que contrarresta la atracción de la gravedad, mientras que otros piensan que la propia teoría de la gravedad de Albert Einstein, aceptada desde hace mucho tiempo, puede necesitar ser modificada.

Mientras los astrofísicos buscan respuestas en las montañas de datos recopilados a partir de observaciones astronómicas, están descubriendo que las inconsistencias en esos datos podrían, en última instancia, conducir a la verdad.

"Esto es como una historia de detectives, donde la evidencia o el testimonio inconsistente podría llevar a resolver el rompecabezas, "dijo el Dr. Mustapha Ishak-Boushaki, profesor de astrofísica en la Facultad de Ciencias Naturales y Matemáticas de la Universidad de Texas en Dallas.

Ishak-Boushaki y su estudiante de doctorado Weikang Lin han desarrollado una nueva herramienta matemática que identifica y cuantifica inconsistencias en los datos cosmológicos recopilados por diversas misiones científicas y experimentos. Sus hallazgos podrían arrojar luz sobre el enigma de la aceleración cósmica y tener un impacto significativo en nuestra comprensión del universo.

Su investigación más reciente, publicado el pasado mes de octubre en la revista Revisión física D , fue presentado el 4 de junio en una reunión de la Sociedad Astronómica Estadounidense en Denver.

"Las inconsistencias que hemos encontrado deben resolverse a medida que avanzamos hacia una cosmología más precisa y exacta, "Ishak-Boushaki dijo." Las implicaciones de estas discrepancias son que algunos de nuestros conjuntos de datos actuales tienen errores sistemáticos que deben ser identificados y eliminados, o que el modelo cosmológico subyacente que estamos usando está incompleto o tiene problemas ".

Un universo modelo

Los astrofísicos utilizan un modelo estándar de cosmología para describir la historia, evolución y estructura del universo. De este modelo, pueden calcular la edad del universo o qué tan rápido se está expandiendo. El modelo incluye ecuaciones que describen el destino final del universo:si continuará expandiéndose, o eventualmente ralentizar su expansión debido a la gravedad y colapsar sobre sí mismo en un gran crujido.

Hay varias variables, llamadas parámetros cosmológicos, incluidas en las ecuaciones del modelo. Los valores numéricos de los parámetros se determinan a partir de observaciones e incluyen factores como la rapidez con la que las galaxias se alejan unas de otras y las densidades de la materia. energía y radiación en el universo.

Pero hay un problema con esos parámetros. Sus valores se calculan utilizando conjuntos de datos de muchos experimentos diferentes, ya veces los valores no concuerdan. El resultado:errores sistemáticos en los conjuntos de datos o incertidumbre en el modelo estándar.

"Nuestra investigación analiza el valor de estos parámetros, cómo se determinan a partir de varios experimentos, y si hay acuerdo sobre los valores, "Dijo Ishak-Boushaki.

Nueva herramienta encuentra inconsistencias

El equipo de UT Dallas desarrolló una nueva medida, llamado índice de inconsistencia, o IOI, que da un valor numérico al grado de discordancia entre dos o más conjuntos de datos. Las comparaciones con un IOI mayor que 1 se consideran inconsistentes. Aquellos con un IOI superior a 5 se clasifican como fuertemente inconsistentes.

Por ejemplo, los investigadores utilizaron su IOI para comparar cinco técnicas diferentes para determinar el parámetro de Hubble, que está relacionado con la velocidad a la que se expande el universo. Una de esas técnicas, conocida como medición local, se basa en medir las distancias a estrellas en explosión relativamente cercanas llamadas supernovas. Las otras técnicas se basan en observaciones de diferentes fenómenos a distancias mucho mayores.

"Descubrimos que existe un acuerdo entre cuatro de cada cinco de estos métodos, pero el parámetro de Hubble de la medición local de supernovas no está de acuerdo. Es como un valor atípico "Ishak-Boushaki dijo." En particular, Existe una clara tensión entre la medición local y la de la misión científica de Planck, que caracterizó la radiación cósmica de fondo de microondas ".

Para complicar las cosas Se han utilizado múltiples métodos para determinar que la medición local, y todos produjeron un valor similar de Hubble, todavía en desacuerdo con Planck y otros resultados.

"¿Por qué esta medición local del parámetro Hubble se destaca en un desacuerdo significativo con Planck?" Preguntó Ishak-Boushaki.

Él y Lin también aplicaron su herramienta IOI a cinco conjuntos de datos de observación relacionados con la estructura a gran escala del universo. Los parámetros cosmológicos calculados utilizando esos cinco conjuntos de datos estaban en fuerte desacuerdo, tanto individual como colectivamente, con parámetros determinados por observaciones de Planck.

“Esto es muy intrigante. Esto nos dice que el universo en las escalas observables más grandes puede comportarse de manera diferente al universo en escalas intermedias o locales, ", Dijo Ishak-Boushaki." Esto nos lleva a cuestionar si la teoría de la gravedad de Albert Einstein es válida desde pequeñas escalas hasta escalas muy grandes en el universo ".

Los investigadores de UT Dallas han puesto su herramienta IOI a disposición de otros científicos para que la utilicen. Ishak-Boushaki dijo que la Dark Energy Science Collaboration, parte del proyecto Large Synoptic Survey Telescope, utilizará la herramienta para buscar inconsistencias entre conjuntos de datos.

"Estas inconsistencias están empezando a aparecer más ahora porque nuestras observaciones han progresado a un nivel de precisión donde podemos verlas, "dijo Ishak-Boushaki, quien publicó su primer artículo sobre las inconsistencias en 2005. "Necesitamos los valores correctos para estos parámetros cosmológicos porque tiene importantes implicaciones para nuestra comprensión del universo".