Por qué explorar otras cosmologías

 

INTERPRETACIÓN DE LA COSMOLOGÍA CON LTB

Enrique Inzaurralde + OpenAI

Por qué explorar otras cosmologías

 

Nos dicen que nuestro conocimiento actual sobre el universo, su historia, su presente y su posible futuro, viene dado desde la Cosmología por el modelo ΛCDM (constante cosmológica, Λ, cold dark matter, materia oscura fría) ya que, tal como se ha comprobado en 1998 por dos equipos independientes (el Supernova Cosmology Project y el High-Z Supernova Search Team) la expansión acelerada del universo observando supernovas de tipo Ia. Esto hizo pensar que la constante cosmológica es la que está dominando en esta etapa de desarrollo de la historia del universo, su comportamiento. En realidad, tal dominio sería a partir de los últimos cinco mil millones de años. Hay otros argumentos, por ejemplo el fondo cósmico de microondas CMB, cuya interpretación es que resulta ser el remanente de radiación cuando el universo tenía unos 380000 años, la imagen más antigua que podemos “ver” del universo, ya que antes que eso habría estado dominado por radiación que no permitía que la luz saliera, sino que estaba confinada ya que interactuaba con los electrones presentes en esa etapa. Habría sido el enfriamiento suficiente, en este punto, el que habría permitido que los electrones comenzaran a combinarse con bariones para formar los primeros átomos y entonces la luz encontrara la libertad de viajar a través de ellos.

Este origen se ha integrado muy bien con el universo que se observa, mediante la ecuación gravitacional de Einstein y la métrica derivada de ella que resulta ser una de las posibles soluciones a dicha ecuación, la métrica FLRW (métrica Friedmann-Lemaitre-Robertson-Walker). Así como suena, la ecuación gravitacional de Einstein (la reemplazante de la ecuación gravitacional de Newton) puede sonar como algo relativamente simple. Nada más alejado de la realidad. Esta ecuación, que escribo a continuación

G_μν = 4∙π∙G∙T_μν

Resulta ser un sistema complejo de muchas ecuaciones diferenciales en derivadas parciales (en principio 16), que a su vez incluyen decenas de componentes, o términos, a veces cientos y que requieren un dominio firme de matemáticas avanzada. De hecho, sólo se conoce un puñado de soluciones a tal sistema, y soluciones analíticas son aún menos. Precisamente, una de las soluciones analíticas es la métrica FLRW, no es la más simple, pero sí lo es cuando pretendemos extender la validez de la ecuación de arriba a todo el universo.

Esta solución parte de algunos axiomas fundamentales, simplificadores del cálculo, como ser

·        La isotropía y homogeneidad del universo, lo que se conoce como principio cosmológico.

Sin embargo, en este siglo y ya desde antes, comenzaron a surgir problemas con esta métrica, ya que se ha observado que

·        El universo podría estar girando, preferentemente, en un sentido de giro predominante, lo que eliminaría la posibilidad de que sea isótropo.

·        Se han descubierto enormes estructuras  cósmicas rodeadas de vacíos. Y cuando digo enormes, lo son, estructuras que pueden medir desde 1000 a 4000 mega pársecs (1 mega pársec es 3.26 millones de años luz), como la Gran Muralla de Hércules-Corona Boreal, o mismo los supercúmulos de Quipu y Laniakea (en este último estaría viviendo el Sol y nuestra galaxia, la Vía Láctea). Estas increíbles estructuras cósmicas echarían por tierra la posibilidad de que el universo sea homogéneo. Sin embargo, su verdadera existencia todavía se pone en duda, lo que significa que aún no está probada sin lugar a ambigüedades, abriendo aún la puerta a la discusión.

·        La tensión de Hubble. Si bien esto ya está dentro del modelo, lo cierto es que la métrica asume que existe una constante, la constante de Hubble, que es la que nos marca qué tan rápido se dilata el espacio. Resulta que hay dos valores de H medidos por métodos diferentes, uno de ellos basado en la llamada escalera de distancias, que utiliza las supernovas tipo IA (SNIa), y el otro basado en el fondo cósmico de microondas (CMB). Resulta que ambos valores son distintos y, aún con sus incertidumbres, no se solapan. Otra piedra en el zapato del modelo cosmológico.

·        Un problema aún más grave, que ni este, ni otros modelos cosmológicos han logrado resolver es el origen, la causa de la constante cosmológica Λ, que inevitablemente aparece en la ecuación de Einstein para poder justificar la aceleración de la expansión del espacio.

Estos son sólo algunos de los problemas irresueltos del modelo cosmológico que se tiene en la actualidad y por ello han surgido muchos nuevos modelos de métricas alternativas (todas ellas soluciones de la ecuación de Einstein, para diferentes condiciones, muchas de las cuales implican un carácter no isótropo del universo).

Lo cierto es que la Cosmología es una ciencia muy joven, con algo más de cien años de antigüedad, y cuyo desarrollo es prácticamente diario. Solamente el refinamiento de las observaciones (basado en nuevas tecnologías), el uso de la astronomía multimensajero y mucho trabajo por delante, podrá ayudarnos a resolver nuestras limitaciones actuales. En realidad, las alternativas son muchas, habrá que ver hacia cuál de todos esos caminos nos conducen las próximas observaciones y experimentos. Mientras tanto, hay que seguir pensando nuevas soluciones y desarrollando modelos. El camino del aprendizaje sobre en qué universo estamos, cómo ha sido su historia y hacia dónde se dirige es harto complejo y apasionante. Lo que está claro es que, si bien nuestro conocimiento actual es enorme, es mucho más enorme lo que nos falta conocer.

Una de las tantas posibilidades de evolución de universos alternativos, el LTB.

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