la discrepancia entre lo rápido que el universo parece expandirse y lo rápido que esperamos que se expanda es una de las anomalías más obstinadamente persistentes de la cosmología.
los cosmólogos basan su expectativa de la tasa de expansión — una tasa conocida como la constante de Hubble — en mediciones de radiación emitida poco después del Big Bang. Esta radiación revela los ingredientes precisos del universo primitivo., Los cosmólogos conectan los ingredientes en su modelo de evolución cósmica y ejecutan el modelo hacia adelante para ver qué tan rápido debería expandirse el espacio hoy en día.
sin embargo, la predicción se queda corta: cuando los cosmólogos observan objetos astronómicos como estrellas pulsantes y supernovas en explosión, ven un universo que se expande más rápido, con una constante de Hubble más grande.
la discrepancia, conocida como la tensión del Hubble, ha persistido incluso cuando todas las mediciones se han vuelto más precisas. Algunos astrofísicos continúan debatiendo si la tensión podría ser nada más que un error de medición., Pero si la discrepancia es real, significa que algo falta en el modelo cosmológico del universo.
recientemente, los teóricos han estado ocupados imaginando nuevos ingredientes cósmicos que, cuando se agregan al modelo estándar, acelerarían la tasa de expansión esperada del universo, haciéndola coincidir con las observaciones.
«descubrir anomalías es la forma fundamental en que la ciencia progresa», dijo Avi Loeb, cosmólogo de la Universidad de Harvard y uno de los docenas de investigadores que han propuesto soluciones a la tensión del Hubble.,
estas son algunas de las mejores ideas para lo que podría estar acelerando la expansión cósmica.
materia oscura en descomposición
el modelo estándar de Cosmología incorpora todas las formas familiares de materia y radiación y sus interacciones. También incluye las sustancias invisibles conocidas como energía oscura y materia oscura, que juntas constituyen alrededor del 96% del cosmos. Debido a que se sabe tan poco sobre estos ingredientes oscuros, tal vez sean el lugar obvio para comenzar a manipular el modelo estándar. «Eso es lo que tienes a tu disposición para cambiar la tasa de expansión del universo», dijo Loeb.,
el modelo estándar asume que la materia oscura consiste en partículas de movimiento lento que no interactúan con la luz. Pero, ¿y si también asumimos que la materia oscura no está hecha de una sola sustancia? Dado que existen muchos tipos diferentes de partículas visibles (quarks, electrones, etc.), también puede haber múltiples partículas oscuras.
en un artículo publicado el verano pasado en Physical Review D, Loeb y dos colaboradores consideraron una forma de materia oscura que se descompone en una partícula más ligera y una partícula sin masa conocida como fotón oscuro., A medida que más y más materia oscura decaía con el tiempo, razonaron, su atracción gravitacional habría disminuido, y por lo tanto la expansión del universo se habría acelerado, aliviando la tensión del Hubble.
pero hacer pequeños cambios como este en el modelo cosmológico estándar puede tener efectos no deseados. «Es muy fácil llegar a todo tipo de modificaciones leves», dijo Marc Kamionkowski, físico teórico de la Universidad Johns Hopkins, pero es difícil hacerlo, dijo, sin arruinar el ajuste perfecto del modelo con una gran cantidad de otras observaciones astronómicas.,
variando la tasa de decaimiento y la cantidad de materia oscura que se pierde en cada decaimiento, Loeb y sus colegas seleccionaron un modelo de materia oscura en descomposición que dicen que todavía concuerda con otras observaciones astronómicas. «Si agregas este ingrediente al modelo estándar de Cosmología, todo se mantiene unido», dijo Loeb.
sin embargo, permanece insatisfecho con la idea de la materia oscura en descomposición, en parte porque introduce dos nuevas cantidades inciertas en las ecuaciones.,
«en este caso, agregas dos parámetros libres para resolver una discrepancia, y eso me inquieta», dijo, comparando la materia oscura en descomposición con los epiciclos en el modelo del universo centrado en la tierra de Ptolomeo. «Preferiría tener dos discrepancias explicadas por un parámetro.»
energía oscura inconstante
desde el descubrimiento sorpresa en 1998 de que la expansión del universo se está acelerando, los cosmólogos han incluido una energía oscura repulsiva en su modelo de evolución cósmica. Pero su naturaleza sigue siendo un misterio., La posibilidad más simple es que la energía oscura es la «constante cosmológica» – la energía del espacio mismo, con una densidad constante en todas partes. Pero, ¿y si la cantidad de energía oscura en el universo no es constante?
una dosis extra de energía oscura en el universo temprano, apodada energía oscura temprana, podría reconciliar los valores conflictivos de la constante de Hubble. La presión externa de esta temprana energía oscura habría acelerado la expansión del universo. «La parte difícil es que realmente no puede quedarse; tiene que desaparecer rápidamente», dijo Lisa Randall, física de partículas y cosmóloga de Harvard.,