Energía oscura o gravedad modificada: ¿cuál prevalecerá?
La Teoría General de la Relatividad ha demostrado ser muy exacta hasta la fecha, pero no es la única teoría con la que se puede explicar la gravitación. De hecho, existen ya varias teorías alternativas. El problema es que los científicos no saben cómo someter dichas teorías a simulaciones y observación. A fin de zanjar esta brecha, el proyecto GalaxyDance (llevado a cabo con el apoyo del programa Marie Skłodowska-Curie) ha utilizado información codificada en las estadísticas de velocidad específicas de galaxias en el universo local y en la observación de las distorsiones de desplazamiento al rojo en el espacio (RSD, por sus siglas en inglés) de las galaxias distantes. El doctor Wojciech Hellwing, coordinador del proyecto e investigador en el Centro de Física Teórica de la Academia Polaca de las Ciencias comenta los descubrimientos del proyecto hasta la fecha. ¿Qué hace que la expansión del universo sea tan difícil de entender? Cuanto más profundizamos en nuestras observaciones del universo, mayor es el asombro que nos causan algunas de sus propiedades. Una de estas es la expansión acelerada del espacio-tiempo, que se atribuye, hasta la fecha, a la energía oscura. Pero la realidad es que solo deberíamos tener en cuenta la energía oscura si la teoría de la gravedad de Einstein fuera válida en todas las dimensiones del cosmos. Existen otras explicaciones posibles para la expansión acelerada que no implican la existencia de la energía oscura. Estas teorías, comúnmente llamadas de «gravedad modificada», van más allá de la relatividad general. La verificación de la relatividad general y de dichas alternativas en la dimensión intergaláctica es un tema urgente e importante para la astronomía extragaláctica moderna, y fue el objetivo principal del proyecto GalaxyDance. ¿Puede contarnos más sobre su método? El enfoque novedoso de GalaxyDance consiste en el uso de las estadísticas de bajo nivel sobre las velocidades de las galaxias y la formación de cúmulos para la comprobación de la teoría de la gravedad de Einstein y de las demás teorías. Dicha comprobación abarca dimensiones intergalácticas, un marco en el que la teoría de la gravedad no se ha sometido aún a un análisis riguroso. He demostrado varias ventajas excepcionales de este enfoque: es independiente del modelo gravitatorio, no presenta sesgos galácticos importantes y no se altera de manera significativa por la física bariónica. He usado las simulaciones informáticas más avanzadas para recrear un universo virtual en un superordenador. Al ejecutar y analizar estas simulaciones, podemos poner a prueba teorías que van más allá de la relatividad general y plantear resultados prometedores. ¿Qué hace que su enfoque sea particularmente innovador? Con anterioridad no se podían usar grandes simulaciones por superordenador para modelos diferentes del de la relatividad general, debido a su complejidad y dificultad numérica. A fin de mitigar dicho problema, hemos decidido utilizar un algoritmo acelerado que, aunque sacrifica algo de exactitud, puede modelar de modo mucho más eficiente la evolución del universo. He logrado demostrar eficazmente que, en el caso de las velocidades cósmicas, dicho enfoque aproximado es suficiente como para obtener resultados sólidos. ¿Cuáles son los resultados más destacados del proyecto? Sin lugar a dudas, todo el nuevo conjunto de grandes y avanzadas simulaciones de teorías alternativas. Estas permitirán un estudio sin precedentes de los campos de velocidad cósmicos. Ya hemos podido demostrar que las estadísticas de bajo nivel del campo de la velocidad de las galaxias deberían incluir una fuerte señal de gravedad modificada. Sin embargo, también hemos demostrado que, para poder medir y extraer esta señal de manera eficiente mediante el método, será imprescindible una modelización especializada y minuciosa del impacto de las estructuras cósmicas cercanas, tales como el cúmulo de galaxias de Virgo. ¿Qué más espera conseguir antes de terminar el proyecto? Aplicaremos una modelización adicional de los procesos que determinan el color, la luminosidad y las formas de las galaxias. Esto permitirá crear unos catálogos galácticos artificiales que mostrarán lo que se podría haber creado en un universo regido por las teorías alternativas a la teoría de la gravedad de Einstein. Con base en estos catálogos, podremos comparar los resultados con las observaciones astronómicas existentes y futuras, y establecer análisis nuevos y rigurosos sobre la gravedad en las mayores escalas. ¿Cuál ha sido la reacción de la comunidad científica hasta el momento? Cuando hemos presentado los resultados obtenidos en conferencias cosmológicas internacionales, muchos compañeros han expresado su interés y entusiasmo. Además, hemos empezado nuevas colaboraciones con compañeros de especialidades complementarias en observaciones de galaxias (desde Lyon, Francia) y en la modelización de estructuras cósmicas cercanas (con compañeros de Potsdam, Alemania). Estamos muy ilusionados con ello. ¿Qué implicaciones a largo plazo espera que tenga el proyecto? ¿Cómo prepara este a la comunidad científica ante la era de los datos cosmológicos masivos? GalaxyDance hará posible una nueva manera de llevar a cabo pruebas cosmológicas de teorías gravitacionales. Los resultados finales, sin importar a qué teoría favorezcan (la de la materia oscura o la de la gravedad modificada), tendrán innovadoras y amplias consecuencias en nuestro entendimiento del universo a gran escala. Si nuestras pruebas terminan por determinar las características de la nueva física previstas por teorías diferentes de la relatividad general, revolucionarán nuestro entendimiento y visión de la evolución a gran escala del cosmos. Si, por el contrario, nuestra investigación refuerza la relatividad general, quedará claro que tenemos que esforzarnos más por explicar los misterios sobre la energía oscura.
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Polonia