Todo lo que creemos saber sobre la forma del universo podría estar equivocado.


El universo podría ser un bucle gigante

¿Qué forma es el espacio?


Los primeros datos de la colaboración de Planck mapean el fondo cósmico de microondas a través del cielo.(Imagen: © ESA y la colaboración de Planck)


Todo lo que creemos saber sobre la forma del universo podría estar equivocado. Según un nuevo estudio, nuestro universo puede ser curvo, como un globo inflado masivo, en lugar de ser plano como una sábana.

Ese es el resultado de un nuevo artículo publicado hoy (4 de noviembre) en la revista Nature Astronomy , que analiza los datos del fondo cósmico de microondas (CMB), el débil eco del Big Bang. Pero no todos están convencidos; Los nuevos hallazgos, basados ​​en datos publicados en 2018, contradicen los dos años de sabiduría convencional y otro estudio reciente basado en ese mismo conjunto de datos CMB.

Si el universo es curvo, según el nuevo artículo, se curva suavemente. Esa flexión lenta no es importante para moverse por nuestras vidas, o el sistema solar, o incluso nuestra galaxia. Pero viaja más allá de todo eso, fuera de nuestro vecindario galáctico, lejos en la oscuridad profunda, y eventualmente, moviéndote en línea recta, darás vueltas y terminarás justo donde empezaste. Los cosmólogos llaman a esta idea el "universo cerrado". Ha existido por un tiempo, pero no encaja con las teorías existentes sobre cómo funciona el universo. Por lo tanto, se ha rechazado en gran medida a favor de un "universo plano" que se extiende sin límites en todas las direcciones y no se repite sobre sí mismo. Ahora,

La diferencia entre un universo cerrado y abierto es un poco como la diferencia entre una sábana plana estirada y un globo inflado, dijo Melchiorri a Live Science. En cualquier caso, todo se está expandiendo. Cuando la hoja se expande, cada punto se aleja de cualquier otro punto en línea recta. Cuando se infla el globo, cada punto de su superficie se aleja más que cualquier otro punto, pero la curvatura del globo hace que la geometría de ese movimiento sea más complicada.

"Esto significa, por ejemplo, que si tienes dos fotones y viajan en paralelo en un universo cerrado, [eventualmente] se encontrarán", dijo Melchiorri.

En un universo abierto y plano, los fotones, sin ser molestados, viajarían a lo largo de sus cursos paralelos sin interactuar nunca.

El modelo convencional de la inflación del universo, dijo Melchiorri, sugiere que el universo debería ser plano. Rebobina la expansión del espacio hasta el principio, hasta los primeros 0.0000000000000000000000001 segundos después del Big Bang, según ese modelo, y verás un momento de expansión exponencial increíble a medida que el espacio creció desde ese punto infinitesimal en el que empezó. Y la física de esa expansión súper rápida apunta a un universo plano. Esa es la primera razón por la que la mayoría de los expertos creen que el universo es plano, dijo. Si el universo no es plano, tienes que "ajustar" la física de ese mecanismo primordial para que todo encaje, y rehacer innumerables otros cálculos en el proceso, dijo Melchiorri.

Pero eso podría terminar siendo necesario, escribieron los autores en el nuevo estudio.

Eso es porque hay una anomalía en el CMB. El CMB es lo más antiguo que vemos en el universo, hecho de luz de microondas ambiental que inunda todo el espacio cuando bloquea las estrellas y galaxias y otras interferencias. Es una de las fuentes de datos más importantes sobre la historia y el comportamiento del universo, porque es muy antiguo y está muy extendido por el espacio. Y resulta, según los últimos datos, que hay significativamente más "lentes gravitacionales" del CMB de lo esperado, lo que significa que la gravedad parece estar doblando las microondas del CMB más de lo que la física existente puede explicar.

Los datos que el equipo está utilizando provienen de una versión de 2018 del experimento Planck, un experimento de la Agencia Espacial Europea (ESA) para mapear el CMB con más detalle que nunca. (Los nuevos datos se publicarán en un próximo número de la revista Astronomy & Astrophysics y están disponibles ahora en el sitio web de la ESA. Di Valentino y Melchiorri también formaron parte de ese esfuerzo).

Para explicar esa lente adicional, la Colaboración de Planck acaba de agregar una variable adicional, que los científicos llaman "A_lens", al modelo del grupo de la formación del universo, "Esto es algo que pones allí a mano, tratando de explicar qué ya ves. No hay conexión con la física ", dijo Melchiorri, lo que significa que no hay ningún parámetro A_lens en la teoría de la relatividad de Einstein. "Lo que encontramos es que puedes explicar A_lens con un universo positivamente curvado, que es una interpretación mucho más física que puedes explicar con la relatividad general".

Melchiorri señaló que la interpretación de su equipo no es concluyente. Según los cálculos del grupo, los datos de Planck apuntan a un universo cerrado con una desviación estándar de 3.5 sigma (una medición estadística que significa aproximadamente 99.8% de confianza de que el resultado no se debe a una posibilidad aleatoria). Eso es muy inferior a los 5 sigma que los físicos estándar suelen buscar antes de confirmar una idea.

Pero algunos cosmólogos dijeron que había aún más razones para ser escépticos.

Andrei Linde, cosmólogo de la Universidad de Stanford, dijo a Live Science que el artículo de Nature Astronomy no tuvo en cuenta otro artículo importante, publicado en la base de datos arXiv el 1 de octubre. (Ese artículo aún no se ha publicado en una revista revisada por pares. )

En ese documento, los cosmólogos de la Universidad de Cambridge George Efstathiou y Steven Gratton, quienes también trabajaron en la Colaboración Planck, analizaron un subconjunto de datos más estrecho que el artículo de Nature Astronomy. Su análisis también apoyó un universo curvo, pero con mucha menos confianza estadística que Di Valentino, Melchiorri y Silk encontraron mirando un segmento más grande de los datos de Planck. Sin embargo, cuando Efstathiou y Graton observaron los datos junto con otros dos conjuntos de datos existentes del universo temprano, encontraron que, en general, la evidencia apuntaba hacia un universo plano.

Cuando se le preguntó sobre el artículo de Efstathiou y Gratton, Melchiorri elogió el tratamiento cuidadoso de la obra. Pero dijo que el análisis del dúo se basa en un segmento demasiado pequeño de los datos de Planck. Y señaló que su investigación se basa en una versión modificada (y, en teoría, mejorada) de los datos de Planck, no en el conjunto de datos públicos que más de 600 físicos habían investigado.

Linde señaló ese reanálisis como una señal de que el trabajo de Efstathiou y Gratton se basaba en mejores métodos.

Efstathiou pidió no ser citado directamente, pero señaló en un correo electrónico  que si el universo fuera curvo, plantearía una serie de problemas, contradiciendo esos otros conjuntos de datos del universo primitivo y haciendo discrepancias en la tasa observada de universo. expansión mucho peor. Gratton dijo que estuvo de acuerdo.

Melchiorri también estuvo de acuerdo en que el modelo de universo cerrado plantearía una serie de problemas para la física.

"No quiero decir que creo en un universo cerrado", dijo. "Soy un poco más neutral. Yo diría, esperemos los datos y lo que dirán los nuevos datos. Lo que creo es que ahora hay una discrepancia, que tenemos que tener cuidado y tratar de encontrar lo que es produciendo esta discrepancia ".

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