Los modelos cosmológicos son herramientas que los científicos usan para entender cómo evolucionó y funciona nuestro universo. Durante décadas, el modelo ΛCDM ha sido el estándar para explicar el crecimiento de estructuras cósmicas, como galaxias y cúmulos, además de la expansión acelerada del universo. Sin embargo, recientes investigaciones han comenzado a desafiar este paradigma, lo que revelaría discrepancias que podrían indicar la presencia de nueva física.
Un reciente estudio dirigido por investigadores de prestigiosas instituciones como el Instituto de Estudios Avanzados en Princeton y el MIT, ha generado revuelo en la comunidad científica. Al analizar datos de la estructura del universo en baja resolución utilizando herramientas avanzadas, detectaron un crecimiento más lento de lo esperado en las estructuras cósmicas. Este hallazgo no solo representa una anomalía, sino que podría reescribir aspectos fundamentales de nuestra comprensión del universo.
Un modelo exitoso con sus límites
El modelo ΛCDM (Lambda Cold Dark Matter) ha sido uno de los pilares de la cosmología moderna. Este modelo incluye conceptos fundamentales como materia oscura fría y una constante cosmológica, que representa la energía oscura responsable de la expansión acelerada del universo. Durante años, este esquema ha permitido interpretar datos de observaciones como la radiación de fondo de microondas (CMB) y la distribución de galaxias.
Sin embargo, el modelo no está exento de problemas. Aunque describe con precisión muchos fenómenos, no explica el origen ni la naturaleza de conceptos clave, como la energía oscura o la materia oscura. Estas limitaciones han impulsado a los científicos a buscar señales de discrepancias o “tensiones” que puedan sugerir nuevas teorías más completas.
Recientemente, la colaboración de BOSS (Baryon Oscillation Spectroscopic Survey) y estudios como el DESI (Dark Energy Survey Instrument) han señalado anomalías interesantes. ¿Qué significa esto? Los datos sugieren que el universo está experimentando un crecimiento más lento de estructuras en comparación con las predicciones del modelo ΛCDM.
Las tensiones cosmológicas
Entre las anomalías más significativas se encuentran la tensión del Hubble y la tensión σ8. La primera se refiere a la discrepancia entre mediciones locales y globales de la tasa de expansión del universo (Hubble constante, H₀). Por otro lado, la tensión σ8 se centra en el crecimiento de estructuras cósmicas, específicamente, la amplitud de las fluctuaciones de masa a gran escala.
El reciente trabajo de Chen destaca la tensión σ8 como un problema crítico. Usando datos de BOSS, que incluye observaciones de galaxias en diferentes zonas del cielo y mapas de lentes gravitacionales del satélite Planck, los investigadores encontraron que la formación de estructuras a bajas energías es menor de lo esperado en comparación con las expectativas basadas en el modelo ΛCDM. Esta discrepancia tiene una significancia estadística de 4,5σ, lo que equivale a una probabilidad de 1 en 300.000 de que sea un resultado aleatorio.
Este resultado no solo confirma las tensiones previas, sino que plantea preguntas fundamentales: ¿Estamos observando el límite del modelo estándar? ¿Existen elementos desconocidos que influyen en el crecimiento de las estructuras cósmicas?
La energía oscura: constante o dinámica
Otro enfoque del estudio fue analizar si una energía oscura dinámica, en lugar de una constante cosmológica, podría explicar estas anomalías. La idea de una energía oscura que varía en el tiempo, propuesta por algunos modelos alternativos, ha sido explorada con datos recientes. Sin embargo, los resultados del equipo no muestran evidencia convincente de esta dinámica.
Los investigadores combinaron datos de BOSS con observaciones de DESI y supernovas del conjunto PantheonPlus. Aunque estos datos son compatibles con una energía oscura constante, las tensiones en el crecimiento de estructuras persisten, lo que sugiere que la explicación debe buscarse en otro lugar.
Según Prof. Mikhail Ivanov, coautor del estudio, “Encontramos que la formación de estructuras en el universo tardío, donde los efectos de la energía oscura son más pronunciados, parece estar sustancialmente suprimida en comparación con las expectativas basadas en la física del universo temprano”.
¿Errores en los datos o física nueva?
Frente a estos hallazgos, surgen dos posibles explicaciones: errores sistemáticos en los datos o la presencia de una nueva física. El equipo realizó múltiples pruebas para minimizar errores, desde redefinir las muestras de galaxias hasta realizar cruces con lentes gravitacionales del fondo cósmico de microondas.
A pesar de estos esfuerzos, las tensiones persisten. Si estas discrepancias no se deben a errores, podríamos estar frente a uno de los descubrimientos más importantes de la cosmología moderna. Algunas hipótesis incluyen interacciones desconocidas en la materia oscura, como el modelo de “materia oscura axiónica” o partículas que interactúan consigo mismas o con bariones, afectando la formación de estructuras.
Como señala Lukas Wenzl, miembro del equipo: “Si esta señal persiste, será interesante explorar qué tipo de nueva física puede resolver la tensión con los datos del fondo cósmico de microondas”.
Mirando hacia el futuro
El estudio deja abiertas muchas preguntas. Próximos experimentos, como los datos de futuros levantamientos galácticos, serán cruciales para confirmar o refutar estas anomalías. La misión DESI y otros proyectos podrían proporcionar la resolución necesaria para descartar errores y afinar modelos teóricos.
Lo que está claro es que estas discrepancias no son solo un problema técnico. Apuntan a algo fundamental, ya sea un error en cómo interpretamos los datos o un indicio de física completamente nueva. Sea cual sea el caso, la cosmología se encuentra en una encrucijada que podría transformar nuestra comprensión del universo.
Referencias
- Shi-Fan Chen, Mikhail M. Ivanov, Oliver H.E. Philcox, Lukas Wenzl. “Suppression without Thawing: Constraining Structure Formation and Dark Energy with Galaxy Clustering”. Physical Review Letters (2024). DOI: 10.1103/PhysRevLett.133.231001.
Cortesía de Muy Interesante
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