La teoría de la relatividad general de Einstein predice la existencia de la energía oscura, una forma misteriosa de energía que impregna el espacio y acelera la expansión del Universo. Pero, ¿y si Einstein se equivocaba y no existía la energía oscura? El proyecto GalaxyDance ha estado investigando este escenario.

Tan preciso como ha demostrado ser hasta ahora, la relatividad general no es la única teoría que puede explicar la gravitación. De hecho, hay varias teorías alternativas por ahí. Los científicos simplemente no están seguros de cómo estos pueden resistir la observación y las simulaciones.

Para cerrar esta brecha, el proyecto GalaxyDance, realizado con el apoyo del programa Marie Skłodowska-Curie, ha estado utilizando información codificada en estadísticas de velocidad peculiares de galaxias en el Universo Local, así como también distorsiones espaciales de desplazamiento al rojo (RSD) observadas de galaxias distantes.

Dr. Wojciech Hellwing, coordinador del proyecto e investigador en el Centro de Física Teórica de la Academia de Ciencias de Polonia, analiza los hallazgos del proyecto hasta el momento.

¿Qué hace que la expansión del Universo sea tan difícil de comprender?

A medida que profundizamos más y más en nuestras observaciones del Universo, todavía estamos desconcertados por algunas de sus propiedades. Uno de ellos es la expansión acelerada del espacio-tiempo, que actualmente se atribuye a la energía oscura. Pero la verdad es, necesitamos considerar la energía oscura solo si la teoría de la gravedad de Einstein es válida en todas las escalas del cosmos.

Hay otras posibles explicaciones para la expansión acelerada que no requieren energía oscura. Estas teorías van más allá de la relatividad general y se denominan comúnmente "gravedad modificada". Probar la relatividad general y estas alternativas a escala intergaláctica es un tema urgente e importante para la astronomía extragaláctica moderna. y era el propósito de GalaxyDance.

¿Puede contarnos más sobre su enfoque?

GalaxyDance introduce un enfoque novedoso que consiste en utilizar estadísticas de bajo orden de las velocidades de las galaxias y la agrupación para probar la teoría de la gravedad de Einstein y sus contrapartes. Esta prueba cubre escalas intergalácticas, un régimen en el que la teoría de la gravedad no ha sido probada rigurosamente hasta ahora. He demostrado que este enfoque tiene varias ventajas únicas:es independiente del modelo de gravedad, libre de sesgo galáctico significativo y en gran parte no se ve afectado por la física bariónica.

He utilizado simulaciones por computadora de última generación que recrean un Universo virtual en una supercomputadora. Al ejecutar y analizar estas simulaciones, podemos probar las teorías más allá de los recursos genéticos y esbozar resultados prometedores.

¿Qué hace que este enfoque sea particularmente innovador?

El uso de grandes simulaciones de supercomputadoras era previamente imposible en modelos más allá de GR, debido a su complejidad y costo numérico. Para mitigar este problema, hemos decidido utilizar un algoritmo de aceleración que, a expensas de cierta precisión, puede modelar la evolución del Universo de manera mucho más eficiente.

He demostrado con éxito que en el caso de las velocidades cósmicas, un enfoque tan aproximado es suficiente para obtener resultados sólidos.

¿Cuáles son los resultados más importantes del proyecto?

Indudablemente, el nuevo conjunto de grandes, Simulaciones de vanguardia de teorías alternativas que permitirán estudios sin precedentes de campos de velocidades cósmicas.

Ya hemos demostrado que las estadísticas de bajo orden del campo de velocidad de las galaxias deberían contener una fuerte señal de gravedad modificada. Sin embargo, también hemos demostrado que, para medir y extraer esta señal, Modelado dedicado y completo del impacto de nuestras estructuras cósmicas cercanas, como el cúmulo de galaxias de Virgo, será de suma importancia para el éxito de nuestro método.

¿Qué esperas lograr antes de que finalice el proyecto?

Implementaremos modelos adicionales de los procesos que determinan los colores de las galaxias, luminosidad y formas. Esto permitirá la creación de catálogos de galaxias artificiales que muestren lo que se habría creado en un Universo regido por alternativas a la teoría de la gravedad de Einstein.

De ahí en adelante, Compararemos nuestros resultados con las observaciones astronómicas existentes y futuras para proporcionar nuevas pruebas rigurosas de gravedad en las escalas más grandes.

¿Cuál ha sido la respuesta de la comunidad científica hasta ahora?

Muchos colegas expresaron interés e incluso entusiasmo con respecto a nuestros resultados cuando los presentamos en conferencias cosmológicas internacionales. Es más, hemos iniciado nuevas colaboraciones con colegas que tienen experiencia complementaria en observaciones de galaxias (de Lyon en Francia) y en el modelado de estructuras cósmicas cercanas (colegas de Potsdam en Alemania). Estamos muy entusiasmados con estos.

¿Cuál espera que sea el impacto a largo plazo del proyecto? ¿Cómo prepara a la comunidad científica para la era de los grandes datos cosmológicos?

GalaxyDance proporcionará una nueva forma de hacer realidad las pruebas cosmológicas de las teorías gravitacionales. Los resultados finales, no importa qué teoría (energía oscura o gravedad modificada) favorezcan, tendrá consecuencias de gran alcance e innovadoras para nuestra comprensión del Universo en las escalas más grandes.

Si nuestras pruebas finalmente proporcionan una firma de la nueva física prevista en las teorías más allá de la GR, sacudirá nuestra visión y comprensión actuales de la evolución a gran escala del cosmos. Si, por otra parte, nuestra investigación refuerza la relatividad general, significará que tenemos que buscar más para explicar el misterio de la energía oscura.