ESA title
Play
$video.data_map.short_description.content
Agency

Repensando la cosmología: la expansión del universo podría no ser uniforme

08/04/2020 551 views 12 likes
ESA / Space in Member States / Spain

Durante décadas, los astrónomos han asumido que el Universo se expande a la misma velocidad en todas direcciones. Sin embargo, un nuevo estudio, basado en datos de los observatorios de rayos X XMM-Newton de la ESA, Chandra de la NASA y ROSAT del Centro Aeroespacial Alemán (DLR), sugiere que esta premisa básica de la cosmología podría estar equivocada.

Konstantinos Migkas, investigador doctoral en astronomía y astrofísica de la Universidad de Bonn (Alemania), y su supervisor, Thomas Reiprich, querían verificar un nuevo método que permitiría a los astrónomos demostrar la llamada “hipótesis de isotropía”. Según este postulado, a pesar de ciertas diferencias locales, el universo tendría las mismas propiedades en cada dirección a gran escala.

Ampliamente aceptada como consecuencia de la física fundamental comúnmente aceptada, esta hipótesis se ha visto respaldada por observaciones de la radiación cósmica de fondo (CMB). Esta radiación, remanente directo del Big Bang, refleja el estado del universo en sus primeros tiempos, cuando apenas contaba con 380.000 años de antigüedad. La distribución uniforme de la CMB en el firmamento sugiere que, en aquellos primeros días, el universo debía de estar expandiéndose con rapidez y a la misma velocidad en todas direcciones.

No obstante, en el universo actual puede que esto ya no sea verdad.

A map showing the rate of the expansion of the Universe in different directions across the sky as measured by the current study
A map showing the rate of the expansion of the Universe in different directions across the sky as measured by the current study

“Junto a otros colegas de la Universidad de Bonn y de la Universidad de Harvard, observamos el comportamiento de más de 800 cúmulos galácticos en el universo actual —explica Konstantinos—. Si la hipótesis de isotropía fuera correcta, las propiedades de los cúmulos serían uniformes en todo el firmamento. En cambio, vimos diferencias significativas”.

Los astrónomos usaron mediciones de temperatura en rayos X del gas extremadamente caliente que impregna los cúmulos y compararon los datos con el brillo que mostraban en el firmamento. Los cúmulos con la misma temperatura y situados a distancia similar deberían tener un brillo parecido, pero eso no es lo que los astrónomos observaron.

“Vimos que los cúmulos con las mismas propiedades y temperaturas similares parecían menos brillantes de lo que esperaríamos en una dirección y más brillantes en la otra —señala Thomas—. La diferencia es significativa, de alrededor del 30 %. Y no se trata de diferencias al azar, sino que presentan un patrón claro dependiendo de la dirección en que observásemos el universo”.

Antes de cuestionar el modelo cosmológico, ampliamente asentado y que supone la base para calcular las distancias de los cúmulos, Konstantinos y sus colaboradores primero buscaron otras explicaciones posibles. Quizá podía tratarse de gas no detectado o de nubes de polvo que oscurecieran la visión e hicieran que los cúmulos en ciertas áreas pareciesen menos brillantes. Pero los datos no apoyaban tal posibilidad.

En ciertas regiones del espacio, la distribución de los cúmulos podría verse afectada por flujos masivos, movimientos a gran escala de materia provocados por la atracción gravitacional de estructuras extremadamente masivas, como podrían ser grandes grupos cumulares. Esta hipótesis, no obstante, también parece poco probable. Konstantinos añade que los hallazgos sorprendieron al equipo. 

Galaxy clusters are believed to be distributed rather evenly across the sky
Galaxy clusters are believed to be distributed rather evenly across the sky

“Si el universo realmente fuera anisotrópico, y aun cuando solo lo hubiera sido en los últimos miles de millones de años, implicaría un enorme cambio de paradigma, ya que tendría que considerarse la dirección de cada objeto cuando analizásemos sus propiedades —admite—. Por ejemplo, ahora mismo calculamos la distancia de objetos muy distantes en el universo aplicando un conjunto de parámetros y ecuaciones. Creemos que esos parámetros cosmológicos son iguales en todas partes. Pero si nuestras conclusiones fueran ciertas, ese no sería el caso y tendríamos que replantearnos todas las conclusiones anteriores”.

“Este resultado es verdaderamente fascinante —apunta Norbert Schartel, científico del proyecto XMM-Newton de la ESA—. Estudios anteriores sugerían que el universo actual no estaría expandiéndose de forma homogénea en todas las direcciones, pero este resultado, que constituye la primera vez que una prueba de este tipo se ha efectuado con cúmulos galácticos en rayos X, tiene una importancia mucho mayor y presenta un gran potencial para futuras investigaciones”.

Los científicos especulan que este efecto no homogéneo en la expansión cósmica podría deberse a la energía oscura, el misterioso componente del cosmos que conforma la mayoría (alrededor del 69 %) de la energía total. Se sabe muy poco de esta energía, solo que parece llevar los últimos miles de millones de años acelerando la expansión del universo.

Play
$video.data_map.short_description.content
Rethinking cosmic expansion
Access the video

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

“Estos hallazgos son muy interesantes, pero la muestra incluida en el estudio sigue siendo relativamente pequeña como para extraer conclusiones de tal calado —advierte René Laureijs, científico del proyecto Euclid de la ESA—. Es lo mejor que podemos conseguir con los datos disponibles, pero si de verdad queremos replantearnos el modelo cosmológico aceptado, necesitamos muchos más”.

Y ahí es donde Euclid podría ayudarnos. La nave, que será lanzada en 2022, no solo buscará pruebas de que la energía oscura realmente está expandiendo el universo de forma no homogénea en distintas direcciones, sino que también permitirá a los científicos recopilar más datos sobre las propiedades de un gran número de cúmulos galácticos, lo que podría respaldar o contradecir estos hallazgos.

El instrumento de rayos X eROSITA, del Instituto Max Planck de Física Extraterrestre, también nos proporcionará muy pronto nuevos datos. Montado a bordo del satélite alemán-ruso Spektr-RG, que fue lanzado recientemente, tiene como misión descubrir decenas de miles de cúmulos de galaxias y centros galácticos activos desconocidos hasta la fecha.

Más información

El artículo “Probing cosmic isotropy with a new X-ray galaxy cluster sample through the LX−Tscaling relation”, de K. Migkas et al. (2020), está publicado en Astronomy & Astrophysics (DOI: 10.1051/0004-6361/201936602).

Para más información, contactar con:

Konstantinos Migkas
Argelander Institute for Astronomy
University of Bonn, Germany
Email: kmigkas@astro.uni-bonn.de

Thomas Reiprich
Argelander Institute for Astronomy
University of Bonn, Germany
Email: reiprich@astro.uni-bonn.de

Norbert Schartel
XMM-Newton project scientist
European Space Agency
Email: Norbert.Schartel@esa.int

ESA Media Relations
Email: media@esa.int

Related Links