La expansión acelerada del universo se puede explicar sin recurrir a la materia y la energía oscuras

• Un nuevo modelo teórico la predice sin añadir la energía oscura como factor
• La materia oscura y la energía oscura son conceptos sin evidencia científica

Un estudio pone en duda la existencia de la materia oscura y la energía oscura, conceptos elaborados hace casi un siglo.

Durante casi un siglo, los investigadores han planteado la hipótesis de que el universo contiene más materia de la que se puede observar directamente, conocida como "materia oscura". También han postulado la existencia de una "energía oscura" que es más poderosa que la atracción gravitacional. Estas dos hipótesis, como se ha argumentado, explican el movimiento de las estrellas en las galaxias y la expansión acelerada del universo, respectivamente.

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Pero, según un investigador de la Universidad de Ginebra (UNIGE), Suiza, André Maeder, estos conceptos pueden dejar de ser válidos: los fenómenos que supuestamente describen pueden demostrarse sin ellos. Esta investigación, que se publica en The Astrophysical Journal, resuelve potencialmente dos de los mayores misterios de la astronomía, explotando un nuevo modelo teórico basado en la invariancia de escala del espacio vacío (esto es, su capacidad de no cambiar incluso si varían la escala de longitud o la energía).

En 1933, el astrónomo suizo Fritz Zwicky hizo un descubrimiento que dejó al mundo sin palabras: había, según Zwicky, sustancialmente más materia en el universo de la que realmente podemos ver. Los astrónomos llamaron a esta materia desconocida "materia oscura", un concepto que adquirió aún más importancia en la década de 1970, cuando la astrónoma estadounidense Vera Rubin recurrió a este enigmático asunto para explicar los movimientos y la velocidad de las estrellas.

Posteriormente, los científicos han dedicado considerables recursos a identificar la materia oscura, en el espacio, en el suelo e incluso en CERN (la Organización Europea para la Investigación Nuclear), pero sin éxito. En 1998, un equipo de astrofísicos australianos y estadounidenses descubrieron la aceleración de la expansión del universo, ganándose el Premio Nobel de Física en 2011.

Sin embargo, a pesar de los enormes recursos que se han implementado, ninguna teoría o la observación ha sido capaz de definir esta energía negra supuestamente más fuerte que la atracción gravitacional de Newton. En resumen, la materia negra y la energía oscura son dos misterios que han dejado perplejos a los astrónomos durante más de 80 y 20 años respectivamente.

Modelo de consenso: un 'big bang' seguido de una expansión

La forma en que representamos el universo y su historia se describe mediante las ecuaciones de la relatividad general de Einstein, la gravitación universal de Newton y la mecánica cuántica. El modelo de consenso actualmente es el de un 'big bang' seguido de una expansión.

"En este modelo, hay una hipótesis de partida que no se ha tenido en cuenta, en mi opinión -dice André Maeder, profesor honorario en el Departamento de Astronomía de la Facultad de Ciencias de UNIGE-. Con eso me refiero a la invariancia de escala del espacio vacío, en otras palabras, el espacio vacío y sus propiedades no cambian después de una dilatación o contracción".

El espacio vacío juega un papel primordial en las ecuaciones de Einstein, ya que opera en una cantidad conocida como "constante cosmológica", y el modelo del universo resultante depende de ello. Sobre la base de esta hipótesis, Maeder está ahora reexaminando el modelo del universo, señalando que la invariancia de escala del espacio vacío también está presente en la teoría fundamental del electromagnetismo.

Expansión acelerada del universo sin intervención de energía oscura

Cuando Maeder llevó a cabo pruebas cosmológicas en su nuevo modelo, descubrió que coincidía con las observaciones. También detectó que el modelo predice la expansión acelerada del universo sin tener que factorizar ninguna partícula o energía oscura. En resumen, parece que la energía oscura puede no existir realmente ya que la aceleración de la expansión está contenida en las ecuaciones de la física.

En una segunda etapa, Maeder se centró en la ley de Newton. La ley también se modifica ligeramente cuando el modelo incorpora la nueva hipótesis de Maeder. De hecho, contiene un término de aceleración externa muy pequeño, que es particularmente significativo en bajas densidades.

Esta ley modificada, cuando se aplica a cúmulos de galaxias, conduce a masas de cúmulos en línea con la de materia visible (contrariamente a lo que argumentó Zwicky en 1933): esto significa que no se necesita materia oscura para explicar las altas velocidades de las galaxias en los clústers.

Dos pruebas adicionales

Una segunda prueba demostró que esta ley también predice las altas velocidades alcanzadas por las estrellas en las regiones exteriores de las galaxias (como Rubin había observado), sin tener que recurrir a la materia oscura para describirlas.

Finalmente, una tercera prueba observó la dispersión de las velocidades de las estrellas que oscilaban alrededor del plano de la Vía Láctea. Esta dispersión, que aumenta con la edad de las estrellas relevantes, se puede explicar muy bien utilizando la hipótesis del espacio vacío invariante, mientras que antes no había acuerdo sobre el origen de este efecto.

El descubrimiento de Maeder allana el camino para una nueva concepción de la astronomía, que planteará preguntas y generará controversia. "El anuncio de este modelo, que por fin resuelve dos de los mayores misterios de la astronomía, sigue siendo fiel al espíritu de la ciencia: nada puede darse por sentado, ni en términos de experiencia, observación o razonamiento de los seres humanos", concluye Maeder.