• El investigador Robert Monjo, del departamento de Álgebra, Geometría y Topología de la Universidad Complutense de Madrid, y autor principal del estudio, explica la expansión del Universo sin necesidad de la escurridiza ‘energía oscura’ sugiriendo que la relatividad general de Einstein sería válida sólo a escala local en lugar de a escala cósmica.

 

• El estudio, publicado hoy en The Astrophysical Journal, demuestra que la aceleración medida desde telescopios no es un ‘invariante geométrica’, es decir, puede derivarse incluso asumiendo una expansión lineal.

 

^{Improvement of measures performed by the James Webb Space Telescope (JWST) in comparison with the Hubble Telescope. The left image (Webb Near-IR) has a few dozen points of light of varying brightness, with one bight point circled. The right image (Hubble Near-IR) has more indistinct, blurry patches whose overall brightness is similar to the more defined regions in the left panel. JWST data was used to analyze a sample of Cepheids and confirmed the accuracy of the previous Hubble observations that are fundamental to precisely measuring the Universe’s expansion rate. Credit: NASA, ESA, CSA, STScI, A. Riess (JHU/STScI).}

 

Madrid, 17 de mayo de 2024.- Un nuevo estudio del departamento de Álgebra, Geometría y Topología de la Universidad Complutense de Madrid, publicado hoy, sostiene haber demostrado con técnicas geométricas que la aceleración del Universo es en realidad una aceleración ficticia y que las observaciones cósmicas son entonces compatibles con una restricción a escala local de la relatividad general.

La expansión de universo ha sido objeto de estudio desde que el astrónomo Edwin Hubble descubrió hace un siglo que las galaxias se separaban entre sí con una tasa que depende de la distancia a la que se encuentran. Desde entonces, diferentes modelos del cosmos se han sucedido, prediciendo escenarios que comprenden entre una desaceleración de la expansión por la acción gravitatoria de la materia (universo ‘cerrado’), y los que apuntan a una aceleración debido al predominio de una hipotética energía oscura (universo ‘abierto’). Las dudas se despejaron en 1998, cuando los trabajos de Saul Perlmutter, Brian Schmidt y Adam G. Riess demostraron que las observaciones de supernovas distantes apoyan que la expansión del universo es acelerada, lo que les hizo valer del Premio Nobel de Física en 2011.

Sin embargo, a medida que fueron perfeccionando las técnicas de observación, se descubrió una discrepancia en la estimación de la tasa de expansión del universo, que ha ido creciendo en los últimos años y ha sido confirmada por el telescopio espacial James Webb (JWST) de la NASA/ESA/CSA. Por un lado, combinando diferentes técnicas de medida de distancia de supernovas, Riess y sus colegas estiman una tasa de H₀ = 73 ±1 kilómetros por segundo por megapársec (km/s/Mpc), lo que significa que cada segmento de espacio de un millón de pársecs (3,26 millones de años luz) de longitud se expande a un ritmo de 73 kilómetros por segundo. Por otro lado, la misión espacial internacional Planck obtuvo otra tasa diferente, pero también muy precisa, de H₀ = 67,4 ± 0,5 km/s/Mpc, esta vez asumiendo la validez del modelo estándar (conocido como Lambda-CDM) sobre la observación del fondo cósmico de microondas. Esta discrepancia, bautizada como ‘tensión de Hubble’, muestra una incompatibilidad estadística de más de 5 desviaciones típicas, lo que suele indicar el hallazgo de un nuevo descubrimiento científico. De hecho, Riess afirma que “una vez negados los errores de medición, lo que queda es la posibilidad real y apasionante de que hayamos entendido mal el universo”.

En este sentido, en el primer trabajo publicado en 2023 por Robert Monjo y su colega Rutwig Campoamor-Stursberg, profesores del departamento de Álgebra, Geometría y Topología, ya mostraron que la ‘tensión de Hubble’ se debería a la propia diferencia en la medición de la tasa de aceleración. Según Monjo, “teniendo en cuenta las propiedades geométricas de los modelos empleados, la tasa de expansión no representa una magnitud física real, es decir, no es una medida invariante respecto a los marcos de referencia”. De acuerdo con el estudio publicado hoy en la revista The Astrophysical Journal, esta hipótesis “ha sido confirmada con técnicas de incrustación y proyección de coordenadas”. Esto se traduce en la posibilidad de cambiar el marco de referencia de una expansión lineal para que parezca acelerado. El profesor Monjo sostiene además que la ‘tensión de Hubble’ puede predecirse con gran precisión con su modelo, “junto con magnitudes ficticias tales como la energía y materia oscuras”.

La materia oscura es el nombre que recibe una hipotética sustancia que no interacciona con ningún tipo de luz y por lo tanto sería invisible para nuestros telescopios. De acuerdo con el modelo estándar, esta sustancia exótica conformaría la mayoría de la materia del Universo, concentrándose especialmente en las galaxias. El modelo actual del universo afirma además que 70 de cada 100 constituyentes corresponden a otra magnitud invisible, la conocida como ‘energía oscura’. De las 30 unidades restantes, sólo 3 serían materiales visibles y el 27 forman la ‘materia oscura’.

La novedad del modelo propuesto por Monjo es que afirma ser simultáneamente compatible con la teoría de la Relatividad General de Albert Einstein (1916), a escala local, y con el modelo propuesto por Mordehai Milgrom (1981), que explica igualmente el movimiento de las galaxias sin necesidad de materia oscura. Actualmente, todas las pistas y alternativas a la materia y energía oscuras son objeto de una profunda revisión en la comunidad científica.

 

Referencias:

Monjo R. (2024). What if the universe expands linearly? A local general relativity to solve the “zero active mass’ problem. The Astrophysical Journal 967, DOI: 10.3847/1538-4357/ad3df7

Monjo, R., Campoamor-Stursberg R. (2023). Geometric perspective for explaining Hubble tension: theoretical and observational aspects. Classical and Quantum Gravity 40, 195006. DOI: 10.1088/1361-6382/aceacc

Monjo R. (2023). Galaxy rotation curve in hyperconical universes: a natural relativistic MOND. Classical and Quantum Gravity 40, DOI: 10.1088/1361-6382/ad0422

 

 

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