Durante los últimos 100 años, innumerables estudios han demostrado que la mayor teoría de Albert Einstein ( su teoría de la relatividad general ) es prácticamente a prueba de balas y capaz de todo, desde predecir agujeros negros hasta guiar la tecnología GPS.

Sin embargo, a medida que los científicos se arman con tecnología más potente y sofisticada, capaz de observar el cosmos con un detalle sin precedentes, ven fenómenos que no pueden explicar con la teoría de Einstein .

La teoría general de la relatividad de Einstein afirma que la curvatura del espacio-tiempo causa la gravedad. Pero si nos acercamos a escalas enormes, como cúmulos de galaxias que abarcan miles de millones de años luz de diámetro, las leyes de la teoría de la gravedad de Einstein parecen cambiar.

«Es casi como si la gravedad misma dejara de coincidir perfectamente con la teoría de Einstein», dijo Robin Wen, un recién graduado de la Universidad de Waterloo, en un comunicado de prensa de la universidad .

Wen es parte de una colaboración entre la Universidad de Waterloo y la Universidad de Columbia Británica que están a la caza de resolver el misterio, llamando a esta discrepancia en la teoría de Einstein un «fallo cósmico».

Su nuevo estudio, publicado en el Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, revisado por pares, sugiere que la gravedad se vuelve aproximadamente un 1% más débil a escalas muy grandes. Si la gravedad se comportara según la teoría de Einstein, entonces esta diferencia del 1% no debería existir.

Los cosmólogos no van a acabar pronto con la relatividad general . Sigue siendo un marco sorprendentemente preciso para comprender la gravedad a escalas más pequeñas.

«No es como si estuviéramos alterando el funcionamiento de su GPS o un agujero negro . Sólo estábamos tratando de ver si hay alguna desviación en las escalas más grandes posibles», dijo Wen a Business Insider.

Si este fallo realmente existe, podría ayudar a los cosmólogos a explicar algunos de los mayores misterios del universo .

Aliviar la tensión cosmológica

El equipo de investigación estaba revisando datos del fondo cósmico de microondas cuando descubrieron este aparente fallo.

El fondo cósmico de microondas es una vasta extensión de radiación persistente que dejó el Big Bang . Los científicos lo utilizan para comprender las primeras etapas del universo, como cómo se formaron las primeras galaxias y qué sucedió inmediatamente después del Big Bang.

Wen y sus colegas utilizaron un modelo, basado en leyes físicas fundamentales como la teoría de la relatividad general de Einstein, y compararon la predicción de su modelo sobre cómo deberían verse los datos del CMB con los datos observacionales del CMB.

Su modelo científico no coincidía con las observaciones: lo que realmente vemos en el universo distante.

Sin embargo, cuando modificaron la teoría de Einstein para tener en cuenta un déficit de gravedad del 1%, su modelo se alineó más estrechamente con los datos de observación , dijo Wen a BI por correo electrónico.

Un ajuste del 1% puede no parecer gran cosa, pero es suficiente para sugerir que la teoría de Einstein puede necesitar un replanteamiento. Y es más, este fallo puede ayudarnos a comprender mejor algunos comportamientos confusos del universo .

El cosmos, tal como lo entendemos, está lleno de tensiones. A veces, diferentes mediciones de un mismo fenómeno no concuerdan entre sí. Un ejemplo de esto es la tensión de Hubble , un problema que ha desconcertado a los astrónomos durante años.

La tensión de Hubble se refiere a mediciones contradictorias de la tasa de expansión del universo. Según nuestro modelo estándar de física, la tasa de expansión del universo debería ser la misma en todas partes.

Sin embargo, las observaciones del universo cercano sugieren que la tasa de expansión es más rápida que la de las regiones del universo distante. Los astrónomos han propuesto múltiples explicaciones posibles, pero aún no se han decidido por ninguna.

Ahora, con este fallo cósmico, hay una nueva explicación sobre la mesa.

Una gravedad un 1% más débil a gran escala podría reducir la tensión de Hubble al acercar la tasa de expansión del universo a las mediciones de observaciones locales, dijo Niayesh Afshordi, coautor del estudio y profesor de astrofísica en la Universidad de Waterloo, en una entrevista reciente en YouTube .

pensar más allá

El hecho de que este fallo cósmico pueda ayudar a los astrónomos a resolver la tensión del Hubble es una buena señal de que realmente puede existir. Pero este estudio no ofrece pruebas definitivas de un déficit de gravedad del 1% a gran escala, afirmó Wen.

Por ahora, todavía existe la posibilidad de que este problema sea el resultado de un error estadístico. «Con los datos futuros de los próximos 10 años, deberíamos esperar ver si se trata realmente de una detección real o simplemente de una fluctuación debida a su poder estadístico», dijo Wen.

Valerio Faraoni, profesor de física y decano interino de ciencias en la Universidad Bishop, dijo a BI que es razonable pensar que el problema podría existir porque la relatividad general no ha sido probada en el universo distante .

Entonces, «es muy posible, al menos en principio, que no comprendamos la gravedad a mayor escala», dijo Faraoni, que no formó parte del estudio.

Él piensa que para resolver los conflictos entre predicciones y observaciones de nuestro universo, debemos pensar fuera de lo común. Y este estudio de fallas cósmicas hace exactamente eso.

«Probablemente necesitemos algo escandaloso», dijo. «Parece exótico, parece extraño. Pero creo que tenemos que estar absolutamente abiertos a todas estas ideas extrañas».

A continuación, Wen y sus colegas observarán de cerca los nuevos datos del Instrumento Espectroscópico de Energía Oscura (DESI) . DESI mide los efectos de la energía oscura en la tasa de expansión del universo y ha creado el mapa 3D más grande del cosmos hasta la fecha.

Además, DESI ha descubierto que, al igual que la gravedad, la energía oscura no se comporta como esperan los astrónomos a grandes escalas cosmológicas. Wen quiere descubrir si estos dos «fallos» están relacionados de alguna manera, lo que proporcionaría aún más evidencia de la necesidad de modificar la relatividad general.

Pero incluso él se muestra escéptico ante las limitaciones de la relatividad general. «Si me pidieran que apostara por algo, podría seguir apostando por GR. GR funciona muy bien, ¿verdad? Para los modelos alternativos, es difícil saberlo en este momento», dijo.

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