La energía oscura temprana podría resolver dos enigmas de la cosmología
Por: Jennifer Chu, MIT.
13 de septiembre de 2024
La energía oscura podría haber provocado que las primeras semillas de galaxias (en la imagen de la izquierda) dieran lugar a muchas más galaxias brillantes (a la derecha) de lo que predice la teoría. Crédito de la imagen: Josh Borrow/Thesan Team.
Un nuevo estudio realizado por físicos del MIT propone que una fuerza misteriosa conocida como energía oscura temprana podría resolver dos de los mayores enigmas de la cosmología y llenar algunos vacíos importantes en nuestra comprensión de cómo evolucionó el Universo primitivo. Un enigma en cuestión es la “tensión de Hubble”, que se refiere a un desajuste en las mediciones de la velocidad de expansión del Universo. El otro tiene que ver con las observaciones de numerosas galaxias tempranas y brillantes que existieron en una época en la que el Universo primitivo debería haber estado mucho menos poblado.
Ahora, el equipo del MIT ha descubierto que ambos enigmas podrían resolverse si el Universo primitivo tuviera un ingrediente fugaz adicional: la energía oscura primitiva. La energía oscura es una forma desconocida de energía que los físicos sospechan que está impulsando la expansión del Universo actual. La energía oscura temprana es un fenómeno similar e hipotético que puede haber tenido solo una breve aparición, influyendo en la expansión del universo en sus primeros momentos antes de desaparecer por completo.
Algunos físicos han sospechado que la energía oscura temprana podría ser la clave para resolver la tensión de Hubble, ya que la misteriosa fuerza podría acelerar la expansión temprana del Universo en una cantidad que resolvería el desajuste de mediciones. Los investigadores del MIT han descubierto que la energía oscura temprana también podría explicar la desconcertante cantidad de galaxias brillantes que los astrónomos han observado en el Universo primitivo.
En su nuevo estudio, publicado en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, el equipo modeló la formación de galaxias en los primeros cientos de millones de años del Universo; cuando incorporaron un componente de energía oscura sólo en ese primer fragmento de tiempo, descubrieron que el número de galaxias que surgieron del entorno primordial coincidía con las observaciones de los astrónomos.
“Tenemos dos enigmas que se nos presentan sin solución de continuidad, hemos descubierto que, de hecho, la energía oscura temprana es una solución muy elegante y sencilla para dos de los problemas más acuciantes de la cosmología”, afirma el coautor del estudio Rohan Naidu, investigador postdoctoral en el Instituto Kavli de Astrofísica.
Según los modelos cosmológicos y de formación de galaxias estándar, el Universo debería haber tardado bastante en formar las primeras galaxias. Habrían sido necesarios miles de millones de años para que el gas primordial se fusionara en galaxias tan grandes y brillantes como la Vía Láctea. Pero en 2023, el telescopio espacial James Webb (JWST) de la NASA realizó una observación sorprendente, descubriendo una sorprendente cantidad de galaxias brillantes tan grandes como la Vía Láctea moderna dentro de los primeros 500 millones de años, cuando el Universo tenía solo el 3% de su edad actual.
Para los físicos, las observaciones implican que hay algo fundamentalmente erróneo en la física que sustenta los modelos o que falta un ingrediente en el universo primitivo que los científicos no han tenido en cuenta. El equipo del MIT exploró la posibilidad de que esto último sucediera y si el ingrediente que faltaba podría ser la energía oscura primitiva.
Los físicos han propuesto que la energía oscura temprana es una especie de “fuerza antigravitatoria” que se activa solo en épocas muy tempranas. Esta fuerza contrarrestaría la atracción de la gravedad hacia el interior y aceleraría la expansión temprana del Universo de una manera que resolvería el desajuste en las mediciones. Por lo tanto, se considera que la energía oscura temprana es la solución más probable a la tensión de Hubble.
El equipo del MIT exploró si la energía oscura temprana también podría ser la clave para explicar la inesperada población de galaxias grandes y brillantes detectada por el JWST. En su nuevo estudio, los físicos consideraron cómo la energía oscura temprana podría afectar la estructura primitiva del Universo que dio origen a las primeras galaxias. Se centraron en la formación de halos de materia oscura, regiones del espacio donde la gravedad resulta ser más fuerte y donde la materia comienza a acumularse.
El equipo desarrolló un marco empírico para la formación temprana de galaxias, que predice el número, la luminosidad y el tamaño de las galaxias que deberían formarse en el Universo primitivo, dadas algunas medidas de “parámetros cosmológicos”. Los parámetros cosmológicos son los ingredientes básicos, o términos matemáticos, que describen la evolución del Universo.
Los físicos han determinado que existen al menos seis parámetros cosmológicos principales, uno de los cuales es la constante de Hubble, un término que describe la tasa de expansión del Universo. Otros parámetros describen las fluctuaciones de densidad en la sopa primordial, inmediatamente después del Big Bang, a partir de la cual se forman los halos de materia oscura.
El equipo del MIT razonó que si la energía oscura temprana afecta la tasa de expansión temprana del Universo de una manera que resuelve la tensión de Hubble, entonces podría afectar el equilibrio de los otros parámetros cosmológicos, de una manera que podría aumentar el número de galaxias brillantes que aparecen en los primeros tiempos. Para probar su teoría, incorporaron un modelo de energía oscura temprana (el mismo que resuelve la tensión de Hubble) en un marco empírico de formación de galaxias para ver cómo evolucionan las primeras estructuras de materia oscura y dan lugar a las primeras galaxias.
“Lo que demostramos es que la estructura esquelética del Universo primitivo se altera de una manera sutil, donde la amplitud de las fluctuaciones aumenta y se obtienen halos más grandes y galaxias más brillantes que las que existían en épocas anteriores, más que en nuestros modelos más convencionales”, afirma Naidu. “Eso significa que las cosas eran más abundantes y estaban más agrupadas en el Universo primitivo”.
Fuente:
https://phys.org/news/2024-09-early-dark-energy-cosmology-biggest.html