El "parámetro de desaceleración" cósmico inferido del catálogo JLA de supernovas de Tipo Ia es negativo (es decir, la tasa de expansión se está acelerando), pero es principalmente un dipolo (q D ), es decir., en una dirección específica, mientras que su monopolo (q metro ) componente es cercano a cero. El modelo cosmológico estándar actual (indicado por una estrella azul) que tiene q metro =-0,55, q D =0, se excluye a más de 4σ. Crédito:Astronomía y Astrofísica
La aceleración observada de la tasa de expansión del Hubble se ha atribuido a una misteriosa "energía oscura" que supuestamente constituye aproximadamente el 70% del universo. El profesor Subir Sarkar del Centro Rudolf Peierls de Física Teórica, Oxford junto con colaboradores del Institut d'Astrophysique, París y el Instituto Niels Bohr, Copenhague ha utilizado observaciones de 740 supernovas de Tipo Ia para mostrar que esta aceleración es un efecto relativamente local:se dirige en la dirección en la que parece que nos estamos moviendo con respecto al fondo cósmico de microondas (que exhibe una anisotropía dipolo similar). Si bien se desconoce la razón física de esta aceleración, no se puede atribuir a la energía oscura que habría provocado una aceleración igual en todas las direcciones.
El profesor Sarkar explica:"El modelo cosmológico estándar se basa en la suposición de que el Universo es isótropo para todos los observadores. Este principio cosmológico es una extensión del principio copernicano, es decir, que no somos observadores privilegiados. Proporciona una gran simplificación en la construcción matemática del modelo cosmológico utilizando la teoría de la relatividad general de Einstein. Sin embargo, cuando los datos de observación se interpretan dentro de este marco, llegamos a la asombrosa conclusión de que alrededor del 70% del universo está constituido por la constante cosmológica de Einstein o, más generalmente, por "energía oscura". ha sido interpretado como debido a las fluctuaciones cuánticas del punto cero del vacío, pero la escala de energía asociada está establecida por H0, la tasa actual de expansión del universo. Sin embargo, este es un factor de 10 44 por debajo de la escala de energía del modelo estándar de física de partículas, la bien establecida teoría cuántica de campos que describe con precisión todos los fenómenos subatómicos. Por lo tanto, sus fluctuaciones de punto cero tienen una enorme densidad de energía que habría impedido que el universo alcanzara su edad y tamaño actuales si de hecho influyeran en la tasa de expansión a través de la gravedad. A este problema cosmológico constante hay que añadir el "¿por qué ahora?" problema, es decir, ¿por qué la energía oscura ha llegado a dominar el universo sólo recientemente? Fue insignificante en épocas anteriores, en particular a una edad de ~ 400, 000 años cuando el plasma primordial se enfrió lo suficiente para formar átomos y se liberó la radiación de fondo de microondas cósmico (CMB) (por lo tanto, el CMB no es directamente sensible a la energía oscura) ".
Es en este contexto que él, junto con Jacques Colin y Roya Mohayaee (Institut d'Astrophysique, París) y Mohamed Rameez (Instituto Niels Bohr, Copenhague), se propuso examinar si la energía oscura realmente existe. La evidencia principal, premiada con el premio Nobel de Física 2011, se refiere al "descubrimiento de la expansión acelerada del universo a través de observaciones de supernovas distantes" en 1998 por dos equipos de astrónomos. Esto se basó en observaciones de unas 60 supernovas de Tipo Ia, pero mientras tanto, la muestra había crecido, y en 2014, los datos se pusieron a disposición de 740 objetos esparcidos por el cielo (catálogo Joint Lightcurve Analysis).
Los investigadores buscaron ver si la aceleración inferida de la tasa de expansión del Hubble era uniforme en el cielo.
"Primero, calculamos los desplazamientos al rojo de la supernova y las magnitudes aparentes medidas (en el sistema heliocéntrico), deshaciendo las correcciones que se habían hecho en el catálogo de JLA para las velocidades locales 'peculiares' (que no son del Hubble). Esto se había hecho para determinar sus valores en el marco CMB en el que el universo debería verse isotrópico; sin embargo, El trabajo previo de nuestro equipo había demostrado que tales correcciones son sospechosas porque las velocidades peculiares no disminuyen al aumentar la distancia, por lo tanto, no hay convergencia con el marco CMB incluso hasta mil millones de años luz, "dice el profesor Sarkar.
Dentro de las incertidumbres, el vector de aceleración se alinea con el dipolo en la radiación cósmica de fondo de microondas (indicado como una estrella negra). Crédito:Astronomía y Astrofísica
Energía oscura
"Cuando empleamos la estadística de estimador de máxima verosimilitud estándar para extraer los valores de los parámetros, Hicimos un hallazgo asombroso. Los datos de la supernova indican, con una significancia estadística de 3.9σ, una anisotropía dipolo en la aceleración inferida (ver figura) en la misma dirección en la que nos movemos localmente, que está indicado por un similar, bien conocido, dipolo en el CMB. Por el contrario, cualquier aceleración isotrópica (monopolo) que pueda atribuirse a la energía oscura es 50 veces más pequeña y consistente con ser cero en 1.4σ. Según el criterio de información bayesiano, el mejor ajuste a los datos tiene, De hecho, sin componente isotrópico. Demostramos que permitir la evolución con corrimiento al rojo de los parámetros utilizados para ajustar las curvas de luz de la supernova no cambia la conclusión, refutando así las críticas anteriores a nuestro método.
"Nuestro análisis se basa en datos, pero respalda la propuesta teórica de Christos Tsagas (Universidad de Tesalónica) de que la aceleración puede inferirse cuando no somos observadores copernicanos, como se suele suponer, pero están incrustados en un flujo masivo local compartido por galaxias cercanas, como es, Por supuesto, observado. Esto es inesperado en el modelo cosmológico estándar, y la razón de tal flujo sigue sin explicarse. Pero independientemente de eso, parece que la aceleración es un artefacto de nuestro flujo local, de modo que la energía oscura no puede invocarse como su causa.
"Existen, Por supuesto, otras sondas de nuestra historia de expansión, p.ej. la huella de las oscilaciones acústicas bariónicas (BAO) en la distribución de las galaxias, las edades de las estrellas más viejas, la tasa de crecimiento de la estructura, etc., pero esos datos aún son demasiado escasos, y actualmente igualmente coherente con un universo no acelerado. Las fluctuaciones de temperatura medidas con precisión en el CMB no son directamente sensibles a la energía oscura, aunque su presencia generalmente se infiere de la regla de la suma de que, si bien el CMB mide la curvatura espacial del universo para que sea cercana a cero, su contenido de materia no se suma a la densidad crítica para hacerlo así. Este es, sin embargo, cierto sólo bajo los supuestos de homogeneidad e isotropía exactas, que ahora están en cuestión ".
El profesor Sarkar concluye:"Pero pronto se lograrán avances. El Gran Telescopio de Levantamiento Sinóptico medirá muchas más supernovas y confirmará o descartará un dipolo en el parámetro de desaceleración. El Instrumento Espectroscópico de Energía Oscura y el satélite Euclid medirán BAO y lentes con precisión. El telescopio europeo extremadamente grande medirá la 'deriva del corrimiento al rojo' de fuentes distantes durante un período de tiempo, y así realizar una medición directa de la historia de expansión del universo ".
