Un equipo de la Universidad de Ginebra (UNIGE), en Suiza, ha desarrollado el primer método para poner a prueba conjuntamente las teorías de Einstein y Euler sobre la expansión acelerada del Universo y la materia oscur mediante una medida nunca antes utilizada: la distorsión del tiempo, según publican en la revista ‘Nature Astronomy’.
Leonhard Euler (1707-1783) describió los movimientos de los objetos celestes, mientras que Albert Einstein (1879-1955) describió la forma en que los objetos celestes distorsionan el Universo. Desde el descubrimiento de la materia oscura y la aceleración de la expansión del Universo, la validez de sus ecuaciones se ha puesto a prueba.
Las teorías de ambos revolucionaron nuestra comprensión del Universo. Con la famosa ecuación que lleva su nombre, Euler proporcionó a los científicos una poderosa herramienta para calcular los movimientos de las galaxias en el Universo. Con su teoría de la relatividad general, Einstein demostró que el Universo no es un marco estático: puede ser distorsionado por cúmulos de estrellas y galaxias.
Los físicos han puesto a prueba estas ecuaciones de todo tipo de maneras, que hasta ahora han resultado exitosas. Sin embargo, dos descubrimientos siguen poniendo a prueba estos modelos: la aceleración de la expansión del Universo y la existencia de materia oscura invisible, que se cree que representa el 85% de toda la materia del cosmos.
Los investigadores siguen sin poder responder a esta pregunta de si siguen obedeciendo estos misteriosos fenómenos a las ecuaciones de Einstein y Euler.
«El problema es que los datos cosmológicos actuales no nos permiten diferenciar entre una teoría que rompe las ecuaciones de Einstein y otra que rompe la ecuación de Euler –explica Camille Bonvin, profesora asociada del Departamento de Física Teórica de la Facultad de Ciencias de la UNIGE y primera autora del estudio–. Esto es lo que demostramos en nuestro estudio. También presentamos un método matemático para resolver este problema. Es la culminación de diez años de investigación», añade.
Los investigadores eran incapaces de diferenciar la validez de estas dos ecuaciones en los confines del Universo porque les faltaba un «ingrediente»: la medición de la distorsión del tiempo. «Hasta entonces, sólo sabíamos medir la velocidad de los objetos celestes y la suma de la distorsión del tiempo y el espacio. Hemos desarrollado un método para acceder a esta medida adicional, y es una primicia», afirma Camille Bonvin.
Si la distorsión del tiempo no es igual a la suma del tiempo y el espacio –es decir, el resultado que arroja la teoría de la relatividad general–, significa que el modelo de Einstein no funciona. Si la distorsión temporal no se corresponde con la velocidad de las galaxias calculada con la ecuación de Euler, significa que esta última no es válida.
«Esto nos permitirá descubrir si existen en el Universo nuevas fuerzas o materia que violen estas dos teorías», explica Levon Pogosian, profesor del Departamento de Física de la Universidad Simon Fraser, en Canadá, y coautor del estudio.
Estos resultados supondrán una aportación crucial a varias misiones cuyo objetivo es determinar el origen de la expansión acelerada del Universo y la naturaleza de la materia oscura. Entre ellas se encuentran el telescopio espacial EUCLID, que será lanzado en julio de 2023 por la Agencia Espacial Europea (ESA), en colaboración con la UNIGE, y el Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI), que comenzó su misión de 5 años en 2021 en Arizona. También está el proyecto internacional del radiotelescopio gigante SKA (Square Kilometre Array) en Sudáfrica y Australia, que comenzará sus observaciones en 2028/29.
«Nuestro método se integrará en estas diferentes misiones. Ya es el caso del DESI, del que nos hemos convertido en colaboradores externos gracias a esta investigación», subraya Camille Bonvin. El equipo de investigación ha probado con éxito su modelo en catálogos sintéticos de galaxias.
La próxima etapa consistirá en probarlo utilizando los primeros datos suministrados por DESI, así como en identificar los obstáculos y minimizar los rasgos sistemáticos que podrían dificultar su aplicación.
