Explorando el «fallo cósmico» en Gravity

Los investigadores proponen una modificación de la teoría de la relatividad general de Einstein, que sugiere un «fallo cósmico» que debilita ligeramente la gravedad a grandes distancias cósmicas. Este ajuste puede ayudar a explicar algunos fenómenos inexplicables en el universo. Crédito: SciTechDaily.com

Nos acercamos un paso más a la comprensión de los misterios en el borde del universo.

Un grupo de investigadores en Universidad de Waterloo y la Universidad de Columbia Británica descubrió un potencial «fallo cósmico» en la gravedad del universo, lo que explica su extraño comportamiento a escala cósmica.

Durante los últimos 100 años, los físicos se han basado en la teoría de la «relatividad general» de Albert Einstein para explicar cómo funciona la gravedad en todo el universo. La relatividad general, cuya exactitud ha demostrado innumerables pruebas y observaciones, sugiere que la gravedad afecta no sólo a tres dimensiones físicas sino también a una cuarta dimensión: el tiempo.

«Este modelo de gravedad ha sido esencial desde la teorización de la Big Bang para fotografiar agujeros negros», dijo Robin Wen, autor principal del proyecto y recién graduado en Física Matemática de Waterloo.

Desafíos a escala cósmica

«Pero cuando intentamos comprender la gravedad a escala cósmica, a escala de cúmulos de galaxias y más allá, encontramos aparentes inconsistencias con las predicciones de la relatividad general. Es casi como si la gravedad misma dejara de coincidir perfectamente con la teoría de Einstein. A esto lo llamamos inconsistencia ‘fallo cósmico’: la gravedad se debilita aproximadamente un uno por ciento cuando se trata de distancias de miles de millones de años luz.

Durante más de dos décadas, físicos y astrónomos han intentado crear un modelo matemático que explique las aparentes inconsistencias de la teoría de la relatividad general. Muchos de esos esfuerzos tuvieron lugar en Waterloo, que tiene una larga historia de investigación gravitacional avanzada como resultado de la colaboración interdisciplinaria en curso entre matemáticos aplicados y astrofísicos.

Contexto histórico y esfuerzos de investigación

«Hace casi un siglo, los astrónomos descubrieron que nuestro universo se está expandiendo», dijo Niayesh Afshordi, profesor de astrofísica en la Universidad de Waterloo e investigador del Instituto Perimeter.

«Cuanto más distantes están las galaxias, más rápido se mueven, hasta el punto de que parecen moverse casi a la velocidad de la luz, la máxima permitida por la teoría de Einstein. Nuestro hallazgo sugiere que, en esas mismas escalas, la teoría de Einstein también puede ser insuficiente».

Modificando la teoría de Einstein

El nuevo modelo de «fallo cósmico» del equipo de investigación modifica y amplía las fórmulas matemáticas de Einstein de una manera que resuelve la inconsistencia de algunas de las mediciones cosmológicas sin afectar los usos exitosos existentes de la relatividad general.

«Piense en ello como una nota a pie de página de la teoría de Einstein», dijo Wen. «Una vez que alcanzas una escala cósmica, se aplican términos y condiciones».

«Este nuevo patrón puede ser sólo la primera pista de un rompecabezas cósmico que estamos empezando a resolver en el espacio y el tiempo», dijo Afshordi.

El estudio «Un fallo cósmico en la gravedad» aparece en el Revista de Cosmología y Física de Astropartículas.

Referencia: «Un fallo cósmico en la gravedad» por Robin Y. Wen, Lukas T. Hergt, Niayesh Afshordi y Douglas Scott, 20 de marzo de 2024. Revista de Cosmología y Física de Astropartículas..
DOI: 10.1088/1475-7516/2024/03/045