Tensiones cosmológicas

El debate en torno al valor de algunos parámetros cruciales del modelo cosmológico estándar definirá la astrofísica de la próxima década.

Cúmulo masivo de galaxias MACSJ0717.5+3745: Los estudios de cúmulos galácticos y otras grandes estructuras cósmicas revelan preocupantes incongruencias en nuestras ideas acerca del universo. [NASA/ESA/Equipo del proyecto Frontier Fields del Hubble (STScI)]

En síntesis

El modelo cosmológico estándar describe con éxito la mayor parte de observaciones acerca del universo. Se basa en la existencia de dos sustancias de naturaleza desconocida: la materia y la energía oscuras.

Sin embargo, al estimar a través de distintos métodos dos parámetros cosmológicos relacionados con la velocidad a la que se expande el cosmos y la distribución de la materia, se obtienen resultados incompatibles.

Esas discrepancias podrían deberse a un error observacional o señalar un problema en el modelo cosmológico estándar. La próxima generación de telescopios, más potentes y precisos, podría darnos la respuesta.

¿A qué velocidad se expande el universo? ¿Cómo se distribuye la materia en nuestra vecindad cósmica? Disponemos de dos métodos para responder a estas preguntas. Uno consiste en observar el universo primitivo y extrapolar al momento presente, y el otro, en realizar mediciones directas en nuestro entorno cósmico. Sin embargo, hay una pega: esos dos métodos arrojan respuestas distintas una y otra vez. La manera más sencilla de explicar tales discrepancias es suponer que se deben a errores observacionales, pero los científicos también contemplan otra posibilidad más atractiva: que esas «tensiones» (entre las predicciones y las observaciones, y entre el universo temprano y el tardío) reflejen un problema profundo en el modelo cosmológico estándar, la teoría que condensa nuestros conocimientos y suposiciones sobre el universo. Encontrar y arreglar esa falla podría transformar nuestra compresión del cosmos.

Sea como fuere, parece seguro que obtendremos la respuesta en el próximo decenio, a medida que los nuevos telescopios terrestres y espaciales ofrezcan a los astrónomos una visión más clara del cosmos. «Investigar esas tensiones es una forma estupenda de aprender sobre el universo», afirma el astrofísico y premio nóbel Adam Riess, de la Universidad Johns Hopkins. «Nos permite orientar nuestros experimentos a objetivos muy concretos, en vez de dar palos de ciego.»

Riess considera que esos nuevos observatorios están a punto de inaugurar la tercera generación de la cosmología de precisión. La primera llegó en la década de 1990 y los albores del siglo xxi, con el telescopio espacial Hubble y el satélite WMAP de la NASA. Este último aportó medidas más precisas de la luz más antigua del universo, el fondo cósmico de microondas (CMB, por sus siglas en inglés). También conformaron esa primera generación los telescopios de ocho metros de Chile, así como los telescopios gemelos Keck, situados en Hawái y de diez metros de diámetro.

Esos instrumentos ayudaron a formular el modelo cosmológico estándar, según el cual el universo es un cóctel compuesto por un 5 por ciento de materia ordinaria, un 27 por ciento de materia oscura y un 68 por ciento de energía oscura. Dicho modelo da cuenta, con admirable precisión, de la mayor parte de nuestras observaciones sobre las galaxias, los cúmulos galácticos y otras estructuras a gran escala, incluida su evolución a lo largo del tiempo cósmico. Irónicamente, el propio éxito del modelo pone de relieve aquello que ignoramos: la naturaleza exacta del 95 por ciento del universo.

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