¿La conducta del universo es la misma en todas sus regiones?

Se sabe que el universo está en expansión, y esto podría llevarnos a creer que existe un centro (donde se produjo el Big Bang) desde el que se originó esta expansión. Sin embargo, no es así. El universo realmente no tiene un centro. Más bien, deberíamos pensar en nuestro universo como si fuera la superficie de la Tierra: podemos movernos en cualquier dirección sin llegar nunca a un borde, pero no hay un centro en la superficie. Si la Tierra se comportara como un globo que se infla progresivamente, veríamos que el espacio de su superficie se expande, pero no habría ningún punto concreto en ella que pudiera considerarse el centro de la expansión.

Según el Principio Cosmológico, el universo no solo carece de centro sino que además es isótropo, es decir, no tiene “direcciones preferentes”; y las leyes de la física se aplican en todas partes del cosmos de la misma manera, algo, esto último que simplifica un poco nuestra comprensión del universo.

Todos estos supuestos conforman el modelo cosmológico estándar, el marco teórico utilizado para explicar el origen, la evolución y el estado actual del universo. Actualmente es el modelo más sólido y coherente, verificado por numerosas observaciones científicas, aunque todavía no es perfecto.

De hecho, algunas observaciones cosmológicas recientes sugieren que, a escalas extremadamente grandes, puede haber anisotropías, o sea variaciones en la estructura del universo que desafían la creencia en la isotropía general. Estas anomalías se han identificado utilizando diferentes métodos e incluyen mediciones contradictorias de la tasa de expansión del universo, estudios de la radiación del fondo cósmico de microondas y diversas incoherencias en datos cosmológicos. Sin embargo, estas observaciones aún no son concluyentes. Para descartar errores de medición, es necesario recopilar más datos utilizando metodologías independientes. Si múltiples técnicas confirman las mismas anomalías, su existencia sería mucho más difícil de descartar.

Un equipo encabezado por James Adam, de la Universidad del Cabo Occidental en Ciudad del Cabo, Sudáfrica, ha desarrollado una nueva metodología para comprobar la isotropía del universo utilizando observaciones de instrumentos como el telescopio espacial Euclid, de la Agencia Espacial Europea (ESA), que fue lanzado al espacio en 2023, y que desde entonces ha estado captando imágenes del cosmos con una precisión y resolución enormes.

La nueva metodología se basa en el fenómeno conocido como lente gravitacional débil. Este fenómeno se produce porque la materia que se encuentra entre nosotros y una galaxia lejana curva ligeramente la luz de la galaxia, alterando su forma aparente. Este tipo específico de distorsión puede revelar si existen anisotropías en el universo. De hecho, el análisis de los datos obtenidos mediante lentes gravitacionales débiles permite separar la señal en dos componentes: El modo E, generado por la distribución de la materia en un universo isótropo y homogéneo, y el modo B, muy débil y que no debería aparecer a escalas grandes en un universo isótropo.

Ejemplos de cómo los modos E y B deforman las imágenes de galaxias distantes. (Ilustración: SISSA Medialab)

La simple observación de los modos B en escalas grandes no bastaría para confirmar la existencia de anisotropías, ya que estas señales son muy débiles y podrían deberse a errores de medición o a efectos secundarios. Si una anisotropía es real, afectaría tanto a los modos E como a los modos B de forma no independiente, generando una correlación entre ambas señales. Solo si las observaciones en profundidad, como las que puede realizar el telescopio espacial Euclid, revelan una correlación significativa entre los modos E y B, se podría creer que existe una expansión anisótropa del universo.

En su estudio, Adam y sus colegas simularon en un ordenador los efectos de la expansión de un universo anisótropo y desarrollaron un modelo que describe cómo las desviaciones de la isotropía modificarían la señal captada mediante una lente gravitacional débil. A continuación, calcularon la correlación cruzada E-B para demostrar que un universo anisótropo produciría una correlación entre las dos señales, y aplicaron su modelo a los futuros datos del Euclid, demostrando que estas observaciones serán lo suficientemente precisas como para detectar posibles anisotropías.

El estudio de Adam y sus colegas se titula “Probing the Cosmological Principle with weak lensing shear”. Y se ha publicado en la revista académica Journal of Cosmology and Astroparticle Physics. (Fuente: NCYT de Amazings)