Instituto de Física y Astronomía

27, Abril 2018

Astrónomos de la Universidad de Valparaíso (UV), coautores del estudio, afirman que el modelo es consistente con datos observacionales.

Determinar cuál es la fuente de la expansión acelerada actual del universo se ha convertido en uno de los grandes retos científicos de la cosmología moderna.

Una reciente investigación desarrollada por un equipo de astrónomos de las universidades de Valparaíso, Autónoma de Zacatecas y Autónoma de Querétaro, plantea una solución alternativa que explicaría la expansión acelerada del universo sin la presencia de la energía oscura. El trabajo fue aceptado para publicación de la prestigiosa revista Rapid Communications-Physical Review, de la American Physical Society.

El doctor en astrofísica, Juan Magaña, investigador postdoctoral del Instituto de Física y Astronomía (IFA) de la Facultad de Ciencias de la UV, coautor del estudio junto a la astrónoma Verónica Motta, académica del IFA, señala que actualmente diversas mediciones cosmológicas confirman esta propiedad del universo.

“En el marco de la Teoría de la Relatividad General de Einstein, la responsable de esta aceleración cósmica es una hipotética componente denominada energía oscura. Recientes mediciones tomadas por el satélite Planck estiman que aproximadamente el 70% del contenido total del universo es energía oscura, sin embargo, su naturaleza es aún desconocida”, indica el científico.

Bajo ese axioma la energía oscura estaría presente en casi todo el espacio y de acuerdo a la cosmología física se trataría de una fuerza gravitacional repulsiva, cuya presión provocaría que las galaxias se aceleren más rápido que ayer y aún más rápido mañana.

Tal como lo explica el doctor Magaña, el candidato favorecido por los datos observacionales a la naturaleza de la energía oscura es la constante cosmológica (introducida por Albert Einstein en sus ecuaciones de la dinámica del espacio-tiempo para modelar un universo estático), la cual está relacionada con la energía del vacío cuántico.

“A pesar de ser un buen modelo, éste tiene algunas objeciones teóricas, como por ejemplo el problema de la coincidencia que plantea por qué la energía oscura domina la dinámica del universo en la época actual y no en otra”, advierte el científico.

El equipo de investigadores chileno-mexicano, propone un modelo de brana con tensión variable para intentar explicar la aceleración cósmica del universo sin necesidad de energía oscura. “En este modelo, nuestro universo es descrito por una geometría de cuatro dimensiones, llamada brana, embebida en un espacio de cinco dimensiones llamado el bulto. La brana y el bulto interactúan solamente por la fuerza de gravedad y los términos extras que aparecen debido a esta configuración están mediados por una cantidad que se conoce como la tensión de la brana. Hasta la fecha se han propuesto diversos modelos de branas, por ejemplo, los de Randall y Sundrum (con uno o dos branas), pero con una tensión constante”, aclara el astrofísico.

La característica principal del modelo es que la tensión de la brana (nuestro Universo) varía con el tiempo y “cuando esto cambia se comporta como si fuera un tipo de energía oscura. En los otros modelos de brana eso no funciona y es necesario agregar energía oscura para obtener aceleración”, agrega el astrónomo.

“Las pruebas estadísticas muestran que este modelo sin energía oscura es consistente con los datos observacionales, resultando que la aceleración cósmica del universo es solamente un efecto debido a la configuración de la geometría del espacio-tiempo”, segura.

Esta investigación abre una nueva línea de modelos de branas y de la aceleración cósmica del universo, ya que podrían existir otras formas funcionales de la tensión de la brana que produzcan una fase de aceleración tardía sin la necesidad de postular una energía oscura.

“Por supuesto, este modelo debe ser estudiado a profundidad con otros datos cosmológicos. Además, resulta de gran impacto dentro de la comunidad, ya que aunque se habían explorado otros modelos alternativos de brana con tensión variable, esta última se postulaba de antemano como constante cosmológica y por supuesto nunca se había confrontado con datos observacionales”, concluye el doctor Magaña.

Los investigadores fueron el doctor Miguel García-Aspeitia y los estudiantes de doctorado Mario H. Amante y César Martínez de la Unidad Académica de Física de la Universidad Autónoma de Zacatecas (México), el doctor Alberto Hernández de la Universidad Autónoma de Querétaro (México) y la doctora Verónica Motta y el doctor Juan Magaña del Instituto de Física y Astronomía de la Universidad de Valparaíso.