Un nuevo telescopio espacial diseñado para observar algunas de las regiones más lejanas del universo podría finalmente responder a una de las preguntas más desconcertantes que rodean la teoría general de la relatividad de Albert Einstein.

La misión Euclides, que será lanzado por la Agencia Espacial Europea en 2021, capturará imágenes de miles de millones de galaxias distantes para proporcionar nuevos conocimientos sobre cómo funciona la gravedad en las profundidades del espacio.

La famosa teoría de Einstein, que publicó en 1915, es ampliamente considerado como la mejor manera de explicar la gravedad. Básicamente dice que los objetos masivos hacen que la estructura del espacio y el tiempo se curve, lo que hace que otros objetos caigan hacia ellos.

Pero aunque la relatividad general parece ser coherente con la forma en que los científicos observan el comportamiento de la gravedad en nuestro propio sistema solar y galaxia, comienza a parecer menos convincente a mayor escala.

Las observaciones de supernovas distantes sugieren que nuestro universo se está acelerando a medida que se expande, aunque algunos científicos lo disputan. Para que suceda una expansión acelerada bajo la relatividad general, es necesario que el universo esté impregnado por un misterioso, y hasta ahora sin descubrir, 'energía oscura' que se necesita para impulsar el proceso.

Si bien muchos físicos están convencidos de la existencia de energía oscura, otros buscan explicaciones alternativas.

'La relatividad general es una muy buena teoría para describir la gravedad, 'dijo el profesor Kazuya Koyama, cosmólogo de la Universidad de Portsmouth en el Reino Unido. 'Pero cuando lo aplicamos en una gran, escala cosmológica, vemos algunas cosas muy extrañas que necesitamos energía oscura para explicar. El problema es que no tenemos idea de qué es la energía oscura.

'Si se modifica la relatividad general, es posible que no necesitemos energía oscura en absoluto para explicar lo que está sucediendo '.

El profesor Koyama dirige un proyecto llamado CosTesGrav, que utiliza observaciones de galaxias distantes para ayudar a desarrollar nuevas teorías que modifiquen la relatividad general para que funcione a gran escala. Los datos recopilados por Euclid cuando se lance serán vitales para ayudarlos a hacer esto.

20 sextillones de millas

Los investigadores de CosTesGrav están utilizando observaciones de galaxias que se encuentran a una distancia de hasta 3.300 millones de años luz (20 sextillones de millas) para buscar pequeñas distorsiones en su forma causadas por la gravedad.

La teoría general de la relatividad establece que la luz es curvada por la gravedad, lo que significa que puede dejar una firma distintiva en la luz emitida por objetos astronómicos distantes como las galaxias.

El equipo de CosTesGrav ya utilizó imágenes del telescopio espacial Hubble para buscar algunas de estas distorsiones y descubrió que la firma dejada por la gravedad es consistente con la relatividad general.

Pero el profesor Koyama cree que encuestas a mayor escala como las realizadas por Euclid podrían permitirles detectar distorsiones que indiquen que puede haber algo más en juego.

'Necesitamos explicar el éxito de la relatividad general en escalas pequeñas pero al mismo tiempo modificarlo en escalas muy grandes, dijo el profesor Koyama. 'Es un desafío. Tenemos dos enfoques:uno es crear modelos teóricos y utilizar simulaciones de última generación para probarlos.

"La otra es utilizar las observaciones y buscar las firmas de una desviación de la relatividad general".

Él dice que la combinación de estos enfoques permitirá a los investigadores sacar provecho de los mapas altamente precisos de Euclides de la distribución de las galaxias y probar la relatividad general en una escala cosmológica.

Su trabajo no solo pudo resolver uno de los mayores acertijos pendientes sobre el universo, pero también podría reescribir radicalmente nuestra comprensión de nuestro lugar dentro de él.

Dimensiones extra

Una teoría alternativa líder a la energía oscura sugiere que el espacio-tiempo puede tener dimensiones adicionales que solo son posibles de detectar en la escala cosmológica.

'Esto es emocionante, ya que podríamos encontrar algo muy diferente de la noción habitual de espacio-tiempo en escalas muy grandes, dijo el profesor Koyama. "Pero en este momento nuestra comprensión actual de la relatividad general es segura".

Una modificación a la relatividad general, sin embargo, podría tener implicaciones importantes aquí en la Tierra. La mayoría de nosotros usamos la teoría todos los días cuando seguimos instrucciones en nuestros teléfonos móviles o sistemas de navegación en el automóvil.

'La precisión del GPS (el sistema de posicionamiento global) es asombrosa, pero eso solo es posible debido a los ajustes que utilizan la relatividad general, 'explicó el profesor Koyama. "No sabemos cuán importantes serán los descubrimientos que hagamos en el futuro para el desarrollo tecnológico futuro".

Los datos recopilados por Euclid también resultarán vitales para los científicos que trabajan en otro proyecto que busca no solo probar la teoría general de la relatividad, pero también arrojó luz sobre algunas de las condiciones iniciales que llevaron a la estructura actual del universo.

El proyecto GrInflaGal está utilizando observaciones de cúmulos de galaxias masivas:vastas, densas estructuras unidas por la gravedad en el espacio formado por millones de galaxias, para examinar la distribución de la materia en el universo y los efectos de la gravedad.

'Queremos modelar la agrupación de galaxias a gran escala, pero para hacer esto necesitamos saber cómo se comportan estas galaxias, 'dijo el Dr. Fabian Schmidt, cosmólogo del Instituto Max Planck de Astrofísica en Garching, Alemania, quien lidera el proyecto GrInflaGal.

Al medir cómo se comportan otros objetos alrededor de los cúmulos de galaxias, como observar las diferencias de velocidad en comparación con su masa, los investigadores creen que pueden medir la gravedad de estas enormes estructuras y, por lo tanto, probar si se adhieren a la relatividad general.

Grupo

Esto podría usarse para ayudar a desentrañar cómo el universo pasó de ser un grupo uniforme de materia densa a uno donde las galaxias están dispersas en grupos que se ven hoy.

'El objetivo es tener una forma casi óptima de probar la gravedad de las próximas encuestas como Euclid, dijo el Dr. Schmidt. 'No tenemos idea de cómo ocurrió la inflación en el universo temprano, pero encuestas como Euclid podrían mejorar las restricciones que estamos usando.

'La gravedad es una parte tan fundamental de nuestra comprensión física del universo, y la cosmología nos está dando la oportunidad de probarlo a una escala mucho mayor que nunca ”.