Los vacíos cósmicos pueden explicar la aceleración del universo sin energía oscura
Una nueva investigación sugiere que no se necesita energía oscura para explicar la aceleración en la expansión del universo, en cambio, sugiriendo que los vacíos gigantes en el espacio están creando una ilusión.
La energía oscura, la fuerza misteriosa que impulsa la expansión acelerada del universo, puede no existir en realidad, dicen los científicos. Su investigación ha puesto en duda uno de los pilares de la cosmología moderna.
En un nuevo estudio, publicado el 19 de diciembre de 2024 en la revista avisos mensuales de la Royal Astronomical Society , los investigadores analizaron datos de la encuesta Pantheon+, el conjunto de datos más completo del tipo IA IA SUPERNOVAE, cuyo brillo consistente Permite a los astrónomos medir distancias en todo el universo con una precisión increíble. Su análisis sugiere que lo que percibimos como aceleración podría ser una ilusión causada por la estructura a gran escala del cosmos.
Estudiar el universo con supernovas de tipo ia
El tipo de supernovas, las muertes explosivas de las estrellas enanas blancas, han servido durante mucho tiempo como una de las herramientas más poderosas de la cosmología. Estos eventos estelares ocurren cuando un enano blanco acumula suficiente material de una estrella complementaria para desencadenar una explosión termonuclear. Debido a que las supernovas tipo 1A producen brillo máximo consistente, midiendo su brillo cuando se observa desde la Tierra puede revelar cuán lejos están.
"Tipo de supernovas son extremadamente valiosas en astronomía ya que actúan como velas estandarizables con las que podemos medir grandes distancias en el universo", coautor del estudio Zachary Lane , investigador de la Universidad de Canterbury en nuevo Zealand, dijo a Live Science en un correo electrónico.
Al combinar esta información de distancia con el desplazamiento al rojo de las supernovas, el estiramiento de longitudes de onda de luz a rojo debido a la expansión del universo, los científicos han mapeado el crecimiento del universo con el tiempo. Hace décadas, los investigadores utilizaron este método para demostrar que la expansión del universo estaba acelerando, un descubrimiento que condujo a la hipótesis de Energía oscura , una fuerza misteriosa e invisible que se pensó en impregnar el espacio e impulsar esta aceleración.
Pantheon+ conjunto de datos
El conjunto de datos Pantheon+ es la colección más extensa y precisa de supernovas tipo IA jamás ensambladas. Con una abarcación de observaciones de telescopios terrestres y terrestres, contiene datos sobre 1.500 supernovas en todo el espacio-tiempo.
"En el momento de este estudio, el conjunto de datos espectroscópicos de Supernovas Pantheon+ IA IA era la colección más grande y prístina de supernovas puramente tipo IA", dijo Lane.
La precisión y el tamaño del conjunto de datos lo convierten en una mina de oro para probar modelos cosmológicos. Sus registros detallados de brillo y desplazamiento al rojo ofrecen ideas incomparables sobre cómo ha evolucionado el universo, proporcionando un campo de prueba crítico para teorías alternativas al modelo cosmológico estándar.
Desafiante de energía oscura
Si bien la idea de la energía oscura explica gran parte de la aceleración observada en el universo, siempre ha llevado un aire de misterio. La energía oscura nunca se ha detectado directamente, ni su origen se ha explicado teóricamente, lo que lleva a algunos científicos a explorar otras explicaciones.
El nuevo estudio apunta a una suposición clave del modelo estándar: que el universo es homogéneo e isotrópico en grandes escalas, lo que significa que se ve igual en todas las direcciones y desde cada punto de vista.
Esta suposición sustenta la necesidad de energía oscura para explicar la expansión del universo. Sin embargo, Lane y sus colegas probaron una idea alternativa llamada Modelo de Timescape, lo que sugiere que la aceleración aparente podría ser un subproducto de estructuras cósmicas como vacíos: regiones de espacio de galaxias vastas y vastas regiones casi vacías entre los grupos de galaxias.
"El modelo estándar de cosmología se basa en la suposición de que el universo es uniforme y sin características en grandes escalas y que las estructuras cósmicas no afectan significativamente la evolución del universo", dijo Lane. "Timescape abandona estos supuestos y encuentra que la aceleración aparente del universo es el resultado de la retroalimentación entre las estructuras cósmicas".
Debido a su escasa materia y gravedad, los vacíos se expanden más rápido que las partes más densas del universo, como los grupos de galaxias. Según el modelo de Timescape, el dominio de estos vacíos en el paisaje cósmico podría explicar la aceleración observada sin la necesidad de energía oscura.
Evidencia a favor de Timescape
El equipo analizó el conjunto de datos Pantheon+ y descubrió que sus resultados se alinean notablemente bien con el modelo Timescape, y en algunos casos incluso superó al modelo cosmológico estándar.
"Al considerar todas las supernovas, incluidas las muy cercanas a nosotros en la Vía Láctea, lo que podría estar influenciado por las estructuras locales, encontramos una preferencia muy fuerte a favor del modelo de Timescape", dijo Lane. Cuando las supernovas en el universo cercano se excluyeron para dar cuenta de las diferencias locales, la evidencia siguió siendo de apoyo, haciéndose eco de los hallazgos de la encuesta de energía oscura (DES).
Estos resultados plantean un desafío directo a la necesidad de la energía oscura. "Encontrar constantemente evidencia moderada o más fuerte para un modelo cosmológico sin energía oscura que utiliza uno de los métodos de observación históricamente más significativos es una perspectiva emocionante para explorar para el futuro de la cosmología", dijo Lane.
El camino por delante
Si bien los hallazgos son convincentes, Lane enfatizó que se necesita más investigación para solidificar el caso de Timescape. "Si bien se deben considerar otros factores para que esto esté más establecido dentro de la comunidad de cosmología, demuestra una prueba inicial prometedora", dijo.
En el futuro, el equipo planea combinar el conjunto de datos Pantheon+ con datos de Dark Energy Survey y Oscilaciones acústicas de Baryon, patrones en la distribución de galaxias que pueden usarse como otra regla cósmica. Los astrónomos también están llevando a cabo simulaciones de cómo los vacíos se expanden bajo el marco de la relatividad general y exploran cómo estos efectos se aplican a la formación y evolución de la galaxia.
"Nuestro grupo de investigación está explorando varias extensiones a nuestro trabajo actual, con el objetivo de desafiar los aspectos fundamentales de la cosmología", dijo Lane. "Un marco competidor fuerte aún mejorará el futuro de la cosmología y nuestra comprensión actual de los desafíos que enfrenta el campo".