¿Hay que revisar el modelo cosmológico?

Los resultados incompatibles de ciertas observaciones invitan a poner a prueba las hipótesis en las que se basa el modelo de la gran explosión.

Los «pilares de la creación», una nube de gas fotografiada por el telescopio espacial Hubble, evocan las hipótesis en las que se apoya el modelo cosmológico estándar. Los avances observacionales pueden ponerlas en cuestión, así que es importante comprobar su solidez. [© NASA, ESA Y EQUIPO HUBBLE HERITAGE (STSCI/AURA)]

En síntesis

El modelo cosmológico estándar descansa sobre ciertas hipótesis, como que la naturaleza está descrita por la relatividad general y la física cuántica, o que el universo es homogéneo e isótropo.

En los últimos años, diferentes mediciones de cantidades como la constante de Hubble o la densidad de materia ordinaria han arrojado resultados contradictorios.

Dada la precisión de las observaciones, puede que las hipótesis del modelo cosmológico empiecen a ser inadecuadas. Los investigadores buscan maneras de ponerlas a prueba.

En tan solo un siglo, los astrofísicos han construido un modelo matemático y físico de nuestro universo. Este modelo cosmológico estándar, también llamado de la gran explosión, se ha ido imponiendo progresivamente porque ha permitido interpretar y conciliar una gran cantidad de observaciones, y porque ofrece una visión coherente de la historia cósmica. No obstante, hay preguntas sobre los primeros instantes del universo y la naturaleza de su contenido material que aún aguardan respuesta.

Al margen de estos enigmas, algunas observaciones recientes han generado tensiones dentro del modelo. Eso afecta en particular a la constante de Hubble, que refleja el ritmo de expansión actual del universo, y también a la densidad media de materia bariónica (la materia ordinaria). Estas cantidades se han medido empleando diversos métodos basados en observables muy diferentes, y los resultados se han demostrado incompatibles. Los astrofísicos tratan de entender el origen de tales desacuerdos: ¿hay algún problema con las observaciones o se trata de una mala interpretación de los datos?

Esas tensiones emergen en el contexto de un marco conceptual muy concreto, el modelo de la gran explosión, que se ha ido construyendo poco a poco. Aunque al principio era eminentemente cualitativo y estaba poco limitado por las observaciones, fue evolucionando gracias a los avances teóricos y técnicos. Así, los investigadores han ido refinando su descripción del universo, haciéndola más cuantitativa. Hoy, los parámetros del modelo cosmológico estándar se miden con una precisión del orden de unos pocos puntos porcentuales. Y es por ello que hablamos de «cosmología de precisión».

Otra manera de abordar dichas tensiones es tener presente que todo modelo, incluido el de la gran explosión, reposa sobre un conjunto de supuestos que debemos cuestionar permanentemente. Conforme aumenta la precisión de las medidas, hay que preguntarse si esas hipótesis (y por tanto el modelo mismo) siguen siendo adecuadas para interpretar las observaciones. ¿Es preciso modificar o abandonar alguna de ellas? Junto a numerosos colegas, he explorado esta línea de pensamiento. Al poner a prueba las hipótesis del modelo de la gran explosión, nuestro objetivo es consolidar y mejorar la base sobre la que reposa y, en última instancia, identificar pistas que permitan resolver las preguntas abiertas y las tensiones existentes.

Un modelo, tanto en cosmología como en la ciencia en general, es un marco teórico que ofrece una descripción simplificada de un fenómeno y que está abocado a evolucionar. Hay que aceptar, por ejemplo, que algunas cuestiones queden fuera de su campo explicativo en un momento dado. Los primeros modelos cosmológicos de la década de 1920, construidos sobre la relatividad general de Einstein, describían la materia como un «gas» de estrellas o galaxias completamente caracterizado por su densidad media. Por su propia naturaleza, esos modelos no permitían estudiar la formación y evolución de las galaxias. Aun así, sirvieron para establecer un resultado importante: lejos de ser estático, el universo se expande. El ruso Alexander Friedmann y el belga Georges Lemaître predijeron esta dinámica, que luego confirmaría en 1929 el astrónomo estadounidense Edwin Hubble al medir la velocidad de recesión de las galaxias en función de su distancia. Pese a sus limitaciones iniciales, ese modelo cosmológico proporcionó el marco para construir nuestra visión actual del universo.

Puedes obtener el artículo en...

¿Tienes acceso a la revista?

Los boletines de Investigación y Ciencia

Elige qué contenidos quieres recibir.