La energía oscura temprana puede resolver dos enigmas cosmológicos

La energía oscura temprana podría haber desencadenado la formación de numerosas galaxias brillantes, muy temprano en el universo, según un nuevo estudio. - JOSH BORROW/THESAN TEAM

   MADRID, 13 Sep. (EUROPA PRESS) -

   Un nuevo estudio de físicos del MIT propone que una fuerza misteriosa conocida como energía oscura temprana puede resolver dos de los mayores enigmas de la cosmología.

   Uno es la "tensión de Hubble", que se refiere a un desajuste en las mediciones de la velocidad de expansión del universo. El otro involucra observaciones de numerosas galaxias brillantes tempranas que existieron en una época en la que el universo primitivo debería haber estado mucho menos poblado.

   Ahora, el equipo del MIT (Massachusetts Institute of Technology) ha descubierto que ambos enigmas podrían resolverse si el universo primitivo tuviera un ingrediente adicional y fugaz: la energía oscura temprana. 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 hipotético similar que puede haber hecho 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 las mediciones.

   Los investigadores del MIT han descubierto ahora 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 hoy 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 solo en esa franja de tiempo más temprana, descubrieron que la cantidad de galaxias que surgieron del entorno primordial floreció para ajustarse a las observaciones de los astrónomos.

   "Tenemos estos dos rompecabezas abiertos que se avecinan", dice en un comunicado el coautor del estudio Rohan Naidu, un posdoctorado en el Instituto Kavli de Astrofísica e Investigación Espacial del MIT. "Hemos descubierto que, de hecho, la energía oscura temprana es una solución muy elegante y dispersa para dos de los problemas más urgentes de la cosmología".

   Según los modelos cosmológicos y de formación de galaxias estándar, el universo debería haberse tomado su tiempo para 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. Con una capacidad de mirar más atrás en el tiempo que cualquier otro observatorio hasta la fecha, el telescopio descubrió una sorprendente cantidad de galaxias brillantes tan grandes como la Vía Láctea moderna en los primeros 500 millones de años, cuando el universo tenía solo el 3 por ciento de su edad actual.

   "Las galaxias brillantes que vio el JWST serían como ver un cúmulo de luces alrededor de grandes ciudades, mientras que la teoría predice algo así como la luz alrededor de entornos más rurales como el Parque Nacional de Yellowstone", dice Shen. "Y no esperamos ese cúmulo de luz tan temprano".

   Para los físicos, las observaciones implican que hay algo fundamentalmente incorrecto en la física que subyace a los modelos o un ingrediente faltante en el universo primitivo que los científicos no han tenido en cuenta. El equipo del MIT exploró la posibilidad de esto último, y si el ingrediente faltante podría ser la energía oscura primitiva.

   Los físicos han propuesto que la energía oscura primitiva 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, la energía oscura temprana se considera 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 detectadas por el JWST. En su nuevo estudio, los físicos consideraron cómo la energía oscura temprana podría afectar la estructura temprana 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 ESQUELETO DE LA GALAXIA

   "Creemos que los halos de materia oscura son el esqueleto invisible del universo", explica Shen. "Las estructuras de materia oscura se forman primero y luego las galaxias se forman dentro de estas estructuras. Por lo tanto, esperamos que la cantidad de galaxias brillantes sea proporcional a la cantidad de grandes halos de materia oscura".

   El equipo desarrolló un marco empírico para la formación temprana de galaxias, que predice la cantidad, la luminosidad y el tamaño de las galaxias que deberían formarse en el universo temprano, 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 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 la cantidad 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".