El universo se expande continuamente, Sin embargo, la velocidad exacta a la que lo hace sigue sin estar clara, y hasta ahora solo se ha aproximado utilizando el telescopio espacial Hubble de la NASA y otros instrumentos similares. Es más, en años recientes, Los astrónomos que utilizan el telescopio Hubble han revelado una discrepancia entre las dos técnicas principales utilizadas para estimar la tasa de expansión del universo.

Esencialmente, Las mediciones recopiladas por el telescopio Hubble sugieren que el universo se está expandiendo mucho más rápido de lo que se infiere de las observaciones del fondo cósmico de microondas (CMB). Esta discrepancia, conocida como la tensión de Hubble, ha despertado un interés creciente dentro de la comunidad de investigación en física, sin embargo, los intentos de resolverlo hasta ahora no han tenido éxito.

Investigadores de la Universidad Johns Hopkins y Swarthmore College han propuesto y probado recientemente un modelo alternativo que podría resolver la tensión del Hubble. En su estudio, esbozado en un artículo publicado en Cartas de revisión física , los investigadores aplicaron con éxito un modelo de energía oscura presentado previamente por Marc Kamionkowski (uno de los autores), que lo describe como en evolución pero no interactivo con la tensión del Hubble.

"A pesar de la falta de éxito, Los intentos anteriores de resolver la tensión de Hubble nos permitieron comprender aproximadamente qué características debería tener una solución, "Vivian Poulin, uno de los investigadores que realizó el estudio, dijo Phys.org. "Al mismo tiempo, estábamos trabajando en probar las consecuencias de la teoría de cuerdas con observables cosmológicos, que predice la existencia de un "axiverso, " es decir., una gran cantidad de partículas extremadamente ligeras con propiedades físicas muy peculiares. Nos dimos cuenta de que una simple modificación de las propiedades físicas de estas partículas les daba las características que necesitábamos en el contexto de la tensión de Hubble. Por lo tanto, decidimos avanzar en esta dirección y probar este modelo alternativo ".

Poulin y sus colegas son cosmólogos teóricos, por lo que no construyeron un instrumento para probar sus ideas. En lugar de, utilizaron datos recopilados durante colaboraciones de investigación de renombre, como las observaciones CMB de Planck y las mediciones SH0ES H0. Usando estos datos recopilados previamente, los investigadores aplicaron un modelo de energía oscura temprana (EDE) a la tensión del Hubble.

La energía oscura es un misterio persistente dentro de la comprensión cosmológica actual, a pesar de que comprende aproximadamente el 70 por ciento de la densidad de energía del universo. Fue descubierto por primera vez en 1998 por Adam Riess, Brian Schmidt, Saul Perlmutter y sus respectivos equipos durante sus observaciones de supernovas.

"Un EDE simplemente significa que estas partículas, en el contexto cosmológico, actuar como un componente de energía oscura (es decir, un fluido con presión negativa) mucho antes que la energía oscura actual, ", Explicó Poulin." En la práctica, estas partículas modifican la tasa de expansión del universo alrededor del momento en que se emitieron los fotones CMB (es decir, solo 380, 000 años después del Big Bang), incrementándolo ligeramente (en aproximadamente un 3 por ciento) en comparación con la predicción estándar ".

En su estudio, Poulin y sus colegas calcularon cómo se vería el CMB en presencia de un componente EDE. Dada la precisión de los datos recopilados por Planck y utilizados en sus cálculos, Las predicciones de los investigadores fueron bastante detalladas.

"Necesitábamos averiguar exactamente cómo se comportaría nuestro modelo, evolucionar y fluctuar, y cómo afectaría el fondo cósmico de microondas, la luz más antigua del universo, "Tanvi Karwal, otro investigador involucrado en el estudio, dijo Phys.org. "El CMB es complejo y su forma debe calcularse numéricamente, así que agregamos un código que describe el EDE a un código preexistente para extraer información cosmológica del CMB ".

Poulin, Karwal y sus colegas utilizaron una supercomputadora para muestrear cientos de miles de cosmologías diferentes. Esto les permitió identificar la cosmología que mejor se ajusta a las observaciones existentes del universo. Descubrieron que este nuevo modelo cosmológico, que incluye un componente EDE, podría resolver la tensión del Hubble.

Esencialmente, los investigadores observaron que una ligera modificación de la tasa de expansión del universo en el pasado remoto, según lo producido por un EDE, podría resolver la tensión del Hubble. Es posible que el modelo real probado en su estudio, que es simplemente un llamado modelo de juguete, no se realiza en la naturaleza.

"Esto no es problemático, porque en cosmología, lo que realmente importa son las propiedades dinámicas de un conjunto de estas partículas (más exactamente, es su densidad de energía total y presión), y no tanto sus propiedades microfísicas individuales, "Dijo Poulin." De hecho, ya existen realizaciones alternativas de la EDE propuestas después de la publicación de nuestro trabajo, cuyas propiedades colectivas son similares a la que propusimos ".

En general, el trabajo de Poulin, Karwal y sus colegas ayudan a la comprensión actual de cuándo y por cuánto EDE debe haber sido dinámicamente importante, lo que, en última instancia, podría informar el desarrollo de modelos cosmológicos más eficaces. Dada la precisión de los datos de Planck, No es nada trivial que un fluido que representa hasta el 10 por ciento de la densidad de energía del universo en épocas muy tempranas no afecte significativamente al CMB, mostrando así que sí requirió cálculos numéricos sustanciales.

"Mi principal conclusión de este proyecto es que las observaciones cosmológicas anómalas pueden ayudarnos a explorar nueva física, ", Dijo Karwal." Esta investigación ha inspirado a otros grupos a investigar modelos similares de EDE como una solución a la tensión del Hubble. Tenemos más trabajo por hacer para perfeccionar y comprender nuestro modelo EDE, pero también están interesados ​​en diferentes soluciones a la tensión del Hubble en conjunto ".

Los investigadores ahora planean probar más su modelo de varias maneras. Primero, les gustaría usarlo para aprender todo lo que puedan sobre las propiedades de EDE. De hecho, aunque existen varios modelos alternativos de EDE, las resoluciones producidas por estos modelos no son tan efectivas como las generadas por el nuevo. Poulin, Karwal y sus colegas quisieran entender por qué su modelo produce mejores predicciones, ya que sus hallazgos destacan la sensibilidad de los datos a las características de EDE.

"También queremos ver si hay firmas adicionales de estas partículas en observables cosmológicos, "Dijo Poulin." Por ejemplo, ya nos dimos cuenta de que los experimentos CMB de próxima generación (como el Observatorio Simons y el CMBS4) podrían probar este modelo independientemente de la observación de supernovas. Significa que uno podría decir sin ambigüedades que este fluido existe en la naturaleza sin necesidad de invocar la tensión de Hubble. Pero también mostramos que estos modelos pueden afectar las propiedades estadísticas de conjuntos de galaxias, para lo cual tenemos numerosas observaciones ".

En el futuro, Los nuevos datos recopilados con instrumentos espaciales como el satélite EUCLID y el telescopio LSST podrían mejorar la precisión y el alcance de las mediciones recopiladas por este equipo de investigadores. Los investigadores creen que estas observaciones también podrían contener la huella digital de EDE, aunque lograr una predicción precisa de esta huella digital requerirá un trabajo adicional que va mucho más allá de los cálculos numéricos que realizaron.

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