d41586 021 02531 5 19667322

Los cosmólogos han encontrado signos de que un segundo tipo de energía oscura, la sustancia ubicua pero enigmática que está empujando la expansión del Universo actual a acelerarse, podría haber existido en los primeros 300.000 años después del Big Bang.

Dos estudios separados, ambos publicados en el servidor de preimpresión arXiv en la última semana1,2 Han detectado un primer rastro tentativo de esta "energía oscura temprana" en datos recopilados entre 2013 y 2016 por el " Telescopio de Cosmología de Atacama (ACT) en Chile. Si se confirman los hallazgos, podrían ayudar a resolver un enigma de larga data que rodea a los datos sobre el Universo temprano, que parecen ser incompatibles con la tasa de expansión cósmica medida hoy en día. Pero los datos son preliminares y no muestran definitivamente si esta forma de energía oscura realmente existió.

"Hay una serie de razones para tener cuidado de tomar esto como un descubrimiento de nueva física", dice Silvia Galli, cosmóloga del Instituto de Astrofísica de París.

Los autores de ambos preprints, uno publicado por el equipo de ACT y el otro por un grupo independiente, admiten que los datos aún no son lo suficientemente fuertes como para detectar la energía oscura temprana con alta confianza. Pero dicen que más observaciones del ACT y otro observatorio, el Telescopio del Polo Sur en la Antártida, podrían proporcionar una prueba más estricta pronto. "Si esto realmente es cierto, si el Universo primitivo realmente presentó energía oscura temprana, entonces deberíamos ver una señal fuerte", dice Colin Hill, coautor del artículo del equipo de ACT.1 que es cosmólogo en la Universidad de Columbia en la ciudad de Nueva York.

Mapeo del CMB

Tanto el ACT como el Telescopio del Polo Sur están diseñados para mapear el fondo cósmico de microondas (CMB), radiación primordial a veces descrita como el resplandor posterior del Big Bang. El CMB es uno de los pilares de la comprensión del Universo por parte de los cosmólogos. Al mapear variaciones sutiles en el CMB a través del cielo, los investigadores han encontrado evidencia convincente para el "modelo estándar de cosmología". Este modelo describe la evolución de un Universo que contiene tres ingredientes principales: energía oscura; la igualmente misteriosa materia oscura, que es la causa principal de la formación de galaxias; y la materia ordinaria, que representa menos del 5% de la masa y energía total del Universo.

Los mapas CMB actuales de última generación fueron proporcionados por la misión Planck de la Agencia Espacial Europea, que estuvo activa entre 2009 y 2013. Los cálculos basados en datos de Planck predicen, suponiendo que el modelo estándar de cosmología sea correcto, exactamente qué tan rápido debería expandirse el Universo ahora. Pero durante la última década más o menos, las mediciones cada vez más precisas de esa expansión, basadas en observaciones de explosiones de supernovas y otras técnicas, han encontrado que es un 5-10% más rápido.3.

Los teóricos han sugerido una gran cantidad de modificaciones al modelo estándar que podrían explicar esta diferencia. Hace dos años, el cosmólogo Marc Kamionkowski de la Universidad Johns Hopkins en Baltimore, Maryland, y sus colaboradores sugirieron un ingrediente adicional para el modelo estándar.4. Su "energía oscura temprana", que hizo más precisa una idea en la que ellos y otros equipos habían estado trabajando durante varios años, sería una especie de fluido que impregnaría el Universo antes de marchecerse dentro de unos pocos cientos de miles de años del Big Bang. "No es un argumento convincente, pero es el único modelo que podemos poner a trabajar", dice Kamionkowski.

La energía oscura temprana no habría sido lo suficientemente fuerte como para causar una expansión acelerada, como lo está haciendo actualmente la energía oscura "ordinaria". Pero habría causado que el plasma que emergió del Big Bang se enfriara más rápido de lo que lo habría hecho de otra manera. Esto afectaría la forma en que se deben interpretar los datos de CMB, especialmente cuando se trata de mediciones de la edad del Universo y su tasa de expansión que se basan en qué tan lejos pudieron viajar las ondas sonoras en el plasma antes de que se enfriara en gas. Planck y observatorios similares utilizan características que quedaron en el cielo después de esta transición para hacer tales cálculos.

Los dos últimos estudios encuentran que el mapa del ACT de la polarización del CMB encaja mejor con un modelo que incluye energía oscura temprana que con el estándar. Interpretar el CMB sobre la base del modelo de energía oscura temprana y los datos de ACT significaría que el Universo tiene ahora 12.400 millones de años, aproximadamente un 11% más joven que los 13.800 millones de años calculados utilizando el modelo estándar, dice Hill. En consecuencia, la expansión actual sería aproximadamente un 5% más rápida de lo que predice el modelo estándar, más cerca de lo que los astrónomos calculan hoy.

Persisten las incoherencias

Hill dice que anteriormente era escéptico sobre la energía oscura temprana, y que los hallazgos de su equipo lo sorprendieron. Vivian Poulin, astrofísica de la Universidad de Montpellier en Francia y coautora del segundo estudio2 Basado en datos de ACT, dice que fue tranquilizador que el análisis de su equipo estuviera de acuerdo con el del propio equipo de ACT. "Los autores principales son personas muy, muy duras y conservadoras, que realmente entienden los datos y las mediciones", dice Kamionkowski.

Pero Galli advierte que los datos de ACT parecen ser inconsistentes con los cálculos del equipo de Planck, del que ella formaba parte. Y aunque los datos de polarización del ACT podrían favorecer la energía oscura temprana, no está claro si su otro conjunto importante de datos, su mapa de temperaturas CMB, muestra tal preferencia. Por estas razones, añade, será crucial cotejarse los resultados utilizando el Telescopio del Polo Sur, un experimento del que forma parte.

Wendy Freedman, astrónoma de la Universidad de Chicago en Illinois que ha contribuido a algunas de las mediciones más precisas de la expansión cósmica, dice que los resultados basados en ACT son interesantes, aunque preliminares. "Es importante seguir diferentes modelos" y compararlos con el estándar, dice.

doi: https://doi.org/10.1038/d41586-021-02531-5

Referencias

  1. 1.

    Hill, J.C. et al. Preimpresión en https://arxiv.org/abs/2109.04451 (2021).

  2. 2.

    Poulin, V., Smith, T. L. & Bartlett, A. Preimpresión en https://arxiv.org/abs/2109.06229 (2021).

  3. 3.

    Di Valentino, E. et al. Class. Quantum Grav. 38, 153001 (2021).

    Artículo Google Académico 

  4. 4.

    Poulin, V., Smith, T. L., Karwal, T. & Kamionkowski, M. Phys. Rev. Lett. 122, 221301 (2019).

    PubMed Artículo Google Académico

Fuente

 

Suscríbete para recibir las últimas noticias y novedades

Por favor, habilite el javascript para enviar este formulario