¿Es el universo realmente plano?

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Figuras que representan las tres posibles geometrías del universo: con curvatura positiva, como la superficie de una esfera, curvatura negativa, y con curvatura cero. Imagen: NASA.

El artículo en el que se plasma este trabajo ha sido publicado en la revista especializada Physical Review D, mientras que la elaboración teórica del modelo cosmológico alternativo al estándar, que se publicó en esta misma revista, fue objeto de una reseña como artículo destacado en la prestigiosa revista Nature Physics. En esta ocasión los investigadores han dado un paso más al comparar las predicciones de este nuevo modelo propuesto con las observaciones de explosiones de supernovas, del fondo cósmico de microondas y de estructura del universo a gran escala.

Los resultados indican que estas predicciones se cumplen en buena medida, especialmente en los datos obtenidos con las observaciones de explosiones de supernovas. Según indica Antonio López Maroto, investigador de la Universidad Complutense de Madrid y director de este trabajo en el que también han participado José Beltrán Jiménez (UCM) y Ruth Lazkoz (Universidad del País Vasco), “hemos podido comprobar que el modelo es compatible con los datos de observación, aunque se da una cierta tensión entre algunos conjuntos de datos que, por otro lado, está también presente en el modelo de cosmología estándar”. El hecho de que las predicciones del modelo cosmológico alternativo coincidan en buena medida con las observaciones realizadas refuerza la validez de esta teoría.

Una de las conclusiones más sugerentes de este trabajo es que, al analizar los datos del fondo cósmico de microondas, el modelo utilizado por estos físicos predice que el universo tendría una curvatura positiva, como si fuera la superficie de una esfera. Esta idea se contrapone a la más extendida en la actualidad: que el universo sea espacialmente plano, lo que se deduce del análisis de estos mismos datos conforme al modelo cosmológico estándar.

El modelo estándar constituye la explicación habitualmente aceptada del fenómeno de la expansión acelerada del universo, e implica la existencia de un nuevo parámetro conocido como ‘constante cosmológica’. Fue Einstein quien introdujo en un primer momento esta constante en sus cálculos con una finalidad muy distinta: la de conseguir un universo estático. “Sin embargo –explica López Maroto- esta constante puede actuar también como una especie de gravitación revulsiva y generar la aceleración en el ritmo de expansión”. Y señala: “El problema surge porque el pequeñísimo valor que debe tomar esta constante para ajustar las observaciones plantea dudas sobre hasta qué punto se trata de una explicación fundamental”.

Vectores para explicar la expansión del universo

El modelo propuesto por los físicos españoles tiene la ventaja de que no requiere la introducción de una constante cosmológica, y es capaz de explicar la expansión acelerada del universo a través de la existencia de un campo vectorial, con lo que sí habría una razón subyacente. Así, la energía oscura se comportaría siguiendo un modelo de vectores que, como representación espacial, indicarían valores como la intensidad y señalarían una dirección concreta –al modo de una corriente de agua-, pero que, en este caso, apuntarían en la dirección del tiempo.

Al representar la geometría del universo a gran escala se pueden considerar tres formas posibles, según la curvatura: geometría espacial plana, si la curvatura es cero; similar a una esfera, si la curvatura es positiva, y al contrario, al modo de una silla de montar, si la curvatura es negativa. El análisis de los datos de radiación del fondo cósmico de acuerdo al modelo de campo vectorial indica que el universo tendría una curvatura espacial positiva, excluyendo de hecho la geometría plana, lo que implica que la predicción de la forma del universo depende no sólo de los datos, sino también del modelo cosmológico que se presuponga.

El trabajo pone en cuestión una idea muy aceptada en la actualidad: la de que los datos de radiación del fondo cósmico de microondas predicen un universo plano. Estos investigadores han demostrado que esta conclusión se basa en la presuposición de la validez de un modelo, el de la constante cosmológica, que es cuestionable, y que un cambio en esta construcción teórica implica que los mismos datos pueden predecir una geometría del universo diferente.

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Referencia bibliográfica:

J. Beltrán Jimenez, R. Lazkoz, A. López Maroto, “Cosmic vector for dark energy: Constraints from supernovae, cosmic microwave background, and baryon acoustic oscillations”, Physical Review D 80, 023004 (2009).

Noticia relacionada: Científicos proponen un modelo que explicaría la expansión acelerada del universo

Reseña editorial en Nature Physics: “Vector dominance” 4, 751 (2008).

Más información:
Unidad de Información Científica de la UCM.