Un nuevo estudio muestra que el universo puede ser mucho menos "uniforme y simétrico" de lo que la gente ha supuesto durante mucho tiempo. Esta conclusión sacude la premisa básica del modelo cosmológico estándar representado por la "ΛCDM" (Λ-materia oscura fría). Durante muchos años, la comunidad científica ha aceptado generalmente el llamado "principio cosmológico", es decir, en una escala suficientemente grande, el universo es aproximadamente igual en todas las direcciones y la distribución de la materia es uniforme en general; El modelo ΛCDM se basa en esta suposición, en la que "Λ" representa la misteriosa "energía oscura" que se cree que impulsa la expansión acelerada del universo, y "CDM" se refiere a la materia oscura fría que se mueve a una velocidad mucho más lenta que la velocidad de la luz. Sin embargo, nueva evidencia apunta a otra posibilidad: el universo puede estar "sesgado" y "asimétrico" a gran escala.
El núcleo de esta controversia es la llamada "anomalía del dipolo cósmico". Para entenderlo, debemos comenzar con la radiación cósmica de fondo de microondas (CMB), el débil residuo de radiación que quedó cuando el universo se enfrió lo suficiente como para permitir que los fotones viajaran libremente unos 380.000 años después del Big Bang. Se considera una de las piedras angulares de observación más importantes de la cosmología moderna. El CMB es en general extremadamente uniforme, pero hay fluctuaciones de temperatura muy sutiles, lo que se denomina "anisotropía". La más importante es la "anisotropía dipolar": el cielo es ligeramente más cálido por un lado y ligeramente más frío por el otro. Durante mucho tiempo, los científicos han interpretado esta imagen como que el sistema solar se está moviendo con respecto al "marco de referencia estacionario" del universo, lo que resulta en una diferencia de temperatura similar al efecto Doppler.
Si esta explicación es cierta, entonces la distribución de la materia en galaxias y quásares extremadamente distantes también debería mostrar un patrón dipolar similar al CMB. Esta idea fue propuesta por los cosmólogos George Ellis y John Baldwin en la década de 1980 y más tarde se denominó "prueba de Ellis-Baldwin". Según las expectativas del modelo estándar, la dirección y la intensidad del dipolo de distribución de material deben estar alineadas con el dipolo CMB y ser bastante consistentes. Sin embargo, una nueva investigación ha descubierto que, aunque las direcciones son en general consistentes, existe una grave discrepancia en la "magnitud": la fuerza dipolar observada en la distribución de la materia distante supera con creces las predicciones de los modelos cosmológicos existentes.
Para examinar esta diferencia en profundidad, el equipo de investigación analizó datos de más de 1,4 millones de cuásares y alrededor de 500.000 fuentes de radio. Los resultados mostraron que la importancia estadística de esta señal anormal ha superado el estándar 5σ ("Cinco Sigma"), lo que significa que la probabilidad de que se trate de una pura coincidencia aleatoria es extremadamente baja, aproximadamente sólo una entre 3,5 millones. En los campos de la física de partículas y la cosmología, 5σ suele considerarse como el umbral para el "descubrimiento". El Centro Europeo de Investigación Nuclear (CERN) también adoptó el mismo estándar cuando anunció el descubrimiento del bosón de Higgs. El profesor Subir Sarkar de la Universidad de Oxford, coautor del estudio, dijo sin rodeos: "Esta cuestión ya no puede ignorarse. ¡La validez de la propia métrica FLRW ahora es cuestionable!"
La llamada métrica FLRW, que lleva el nombre de los cuatro científicos Friedmann, Lemaître, Robertson y Walker, es la base matemática para describir el universo en expansión en el marco de la teoría general de la relatividad de Einstein. Esta métrica también se basa en la premisa de que "el universo es uniforme e isotrópico a gran escala" y es el pilar central del modelo cosmológico estándar ΛCDM. Si las observaciones finalmente confirman que el universo es sistemáticamente asimétrico a gran escala, entonces la estructura general del universo descrita sobre la base de la hipótesis FLRW puede que ya no sea precisa.
No se trata sólo de una cuestión de retoques matemáticos, sino que también afecta directamente al estado de conceptos clave como el de "energía oscura". El modelo estándar actual cree que la energía oscura representa alrededor del 70% de la energía total del universo y es un factor clave para explicar la expansión acelerada del universo. Sin embargo, la energía oscura hasta ahora se ha mantenido en el nivel de "hipótesis" y no ha sido confirmada mediante experimentos físicos directos. Si el universo en sí no es verdaderamente isotrópico, entonces algunas de las observaciones interpretadas como "evidencia de energía oscura" probablemente se originen en realidad a partir de suposiciones incorrectas sobre la geometría y la estructura a gran escala del universo, en lugar de algún componente físico adicional. El investigador Sebastian von Hausegger señaló: "Si en el sistema de referencia isotrópico CMB el cuerpo celeste distante no fuera isotrópico, sería una violación directa de los principios de la cosmología... Esto significa que tenemos que volver al punto de partida y empezar de nuevo".
Curiosamente, en comparación con el tema de la "tensión del Hubble" que ha sido ampliamente discutido en el ojo público, la "anomalía del dipolo cósmico" ha recibido mucha menos atención hasta ahora. La llamada tensión de Hubble se refiere a la desviación obvia entre los dos conjuntos principales de métodos de medición de la tasa de expansión del universo (constante de Hubble): el valor estimado a partir de señales del universo temprano como el CMB es significativamente menor que la estimación del "universo tardío" basada en observaciones de supernovas y galaxias cercanas. Pero el principal desafío de la tensión de Hubble es el valor preciso de la tasa de expansión del universo; por el contrario, esta anomalía dipolar apunta a un punto más fundamental: si el universo es realmente "estadísticamente uniforme" en la escala más grande.
Se espera que en los próximos años una serie de importantes proyectos de observación astronómica proporcionen pruebas clave de esta controversia. El satélite Euclid de la Agencia Espacial Europea está cartografiando la distribución tridimensional de miles de millones de galaxias para estudiar la energía oscura y la estructura a gran escala del universo. La misión SPHEREx de la NASA escaneará todo el cielo en longitudes de onda infrarrojas en busca de pistas sobre la formación de galaxias y el origen de la estructura cósmica. El Observatorio Vera C. Rubin en Chile continuará escaneando el cielo austral para estudiar la materia oscura y diversos eventos celestes transitorios; y el Square Kilometer Array (SKA), un radiotelescopio de gran tamaño construido gracias a la cooperación internacional, analizará la estructura a gran escala del universo con una sensibilidad sin precedentes. Al mismo tiempo, también se espera que nuevos métodos, como el aprendizaje automático, ayuden a los científicos a construir nuevos modelos cosmológicos que puedan explicar estas "observaciones anómalas".
Por ahora, la señal más importante de esta investigación es que el universo puede ser mucho más complejo de lo que pensábamos: que puede no ser tan simple, simétrico y uniforme. Si las observaciones posteriores confirman aún más estos hallazgos, los humanos no sólo necesitarán reexaminar el modelo cosmológico estándar actual, sino que incluso tendrán que reescribir toda la comprensión del papel de la energía oscura en la evolución del universo.