Los astrónomos han asumido durante décadas que el Universo se está expandiendo al mismo ritmo en todas las direcciones. Un nuevo estudio basado en datos de XMM-Newton de la ESA, Chandra de la NASA y los observatorios de rayos X ROSAT liderados por los alemanes sugieren que esta premisa clave de la cosmología podría estar equivocada.

Konstantinos Migkas, un doctorado investigador en astronomía y astrofísica en la Universidad de Bonn, Alemania, y su supervisor Thomas Reiprich se propuso originalmente verificar un nuevo método que permitiría a los astrónomos probar la llamada hipótesis de isotropía. Según este supuesto, el Universo tiene, a pesar de algunas diferencias locales, las mismas propiedades en cada dirección a gran escala.

Ampliamente aceptado como consecuencia de una física fundamental bien establecida, la hipótesis ha sido apoyada por observaciones del fondo cósmico de microondas (CMB). Un remanente directo del Big Bang, el CMB refleja el estado del Universo tal como estaba en su infancia, con solo 380 000 años de edad. La distribución uniforme del CMB en el cielo sugiere que en esos primeros días el Universo debe haberse expandido rápidamente y al mismo ritmo en todas las direcciones.

En el Universo de hoy, sin embargo, esto puede que ya no sea cierto.

"Junto con colegas de la Universidad de Bonn y la Universidad de Harvard, observamos el comportamiento de más de 800 cúmulos de galaxias en el Universo actual, "dice Konstantinos." Si la hipótesis de isotropía era correcta, las propiedades de los cúmulos serían uniformes en todo el cielo. Pero en realidad vimos diferencias significativas ".

Los astrónomos utilizaron mediciones de temperatura de rayos X del gas extremadamente caliente que impregna los cúmulos y compararon los datos con el brillo de los cúmulos en el cielo. Los grupos de la misma temperatura y ubicados a una distancia similar deberían aparecer igualmente brillantes. Pero eso no es lo que observaron los astrónomos.

"Vimos que los clústeres con las mismas propiedades con temperaturas similares, parecía ser menos brillante de lo que esperaríamos en una dirección del cielo, y más brillante de lo esperado en otra dirección, "dice Thomas." La diferencia fue bastante significativa, alrededor del 30 por ciento. Estas diferencias no son aleatorias sino que tienen un patrón claro dependiendo de la dirección en la que observemos en el cielo ”.

Antes de desafiar el modelo cosmológico ampliamente aceptado, que proporciona la base para estimar las distancias de los conglomerados, Konstantinos y sus colegas primero analizaron otras posibles explicaciones. Quizás, Podría haber nubes de gas o polvo no detectadas que oscurezcan la vista y hagan que los grupos en un área determinada parezcan más tenues. Los datos, sin embargo, no son compatibles con este escenario.

En algunas regiones del espacio, la distribución de los conglomerados podría verse afectada por flujos masivos, Movimientos de materia a gran escala causados ​​por la atracción gravitacional de estructuras extremadamente masivas, como grandes grupos de cúmulos. Esta hipótesis, sin embargo, también parece poco probable. Konstantinos agrega que los hallazgos tomaron por sorpresa al equipo.

"Si el Universo es verdaderamente anisotrópico, incluso si solo en los últimos miles de millones de años, eso significaría un gran cambio de paradigma porque la dirección de cada objeto debería tenerse en cuenta cuando analizamos sus propiedades, ", dice". Por ejemplo, hoy dia, estimamos la distancia de objetos muy distantes en el Universo aplicando un conjunto de parámetros y ecuaciones cosmológicas. Creemos que estos parámetros son los mismos en todas partes. Pero si nuestras conclusiones son correctas, ese no sería el caso y tendríamos que revisar todas nuestras conclusiones anteriores ".

"Este es un resultado tremendamente fascinante, "comenta Norbert Schartel, Científico del proyecto XMM-Newton en la ESA. "Estudios anteriores han sugerido que el Universo actual podría no expandirse uniformemente en todas las direcciones, pero este resultado, la primera vez que se realiza una prueba de este tipo con cúmulos de galaxias en rayos X, tiene una importancia mucho mayor, y también revela un gran potencial para futuras investigaciones ".

Los científicos especulan que este efecto posiblemente desigual sobre la expansión cósmica podría ser causado por la energía oscura, el componente misterioso del cosmos que representa la mayor parte (alrededor del 69%) de su energía total. Hoy se sabe muy poco sobre la energía oscura, excepto que parece haber estado acelerando la expansión del Universo en los últimos miles de millones de años.

El próximo telescopio Euclid de la ESA, diseñado para obtener imágenes de miles de millones de galaxias y escudriñar la expansión del cosmos, su aceleración y la naturaleza de la energía oscura, podría ayudar a resolver este misterio en el futuro.

"Los hallazgos son realmente interesantes, pero la muestra incluida en el estudio es aún relativamente pequeña para sacar conclusiones tan profundas, "dice René Laureijs, Científico del proyecto Euclid en la ESA. "Esto es lo mejor que se puede hacer con los datos disponibles, pero si tuviéramos que repensar realmente el modelo cosmológico ampliamente aceptado, necesitaríamos más datos ".

Y Euclid podría hacer exactamente eso. La nave espacial que se lanzará en 2022, podría no solo encontrar evidencia de que la energía oscura realmente está estirando el Universo de manera desigual en diferentes direcciones, También permitirá a los científicos recopilar más datos sobre las propiedades de una gran cantidad de cúmulos de galaxias. lo que podría apoyar o refutar los hallazgos actuales.

Próximamente también se obtendrán más datos del instrumento de rayos X eROSITA, construido por el Instituto Max Planck de Física Extraterrestre. El instrumento, a bordo del satélite ruso-alemán Spektr-RG, lanzado recientemente, llevará a cabo el primer estudio de todo el cielo en rayos X de energía media, centrándose en el descubrimiento de decenas de miles de cúmulos de galaxias y centros galácticos activos previamente desconocidos.

Los resultados se publican en la revista Astronomía y Astrofísica