Datos reales en lugar de teorías para medir el universo

Medir la distancia estándar del universo es un aspecto clave para comprender su expansión. También llamada 'regla estándar', esta distancia es un patrón de longitud 'grabado' en la agrupación de materia que crearon las variaciones de densidad en el universo temprano (unos 400.000 años después del Big Bang). Hasta ahora, su tamaño solo se había podido estimar mediante modelos teóricos basados en la relatividad general, utilizados para explicar la gravedad a gran escala.

Dado que la regla estándar es una medida constante, comparar su tamaño real con el que muestra en el espacio permite medir a qué distancia se encuentra de la Tierra. Este enfoque basado en datos, unido a un incremento de la cantidad de datos observacionales, puede proporcionar medidas precisas que permitirán dar respuesta a grandes cuestiones relacionadas con la aceleración del universo y la energía oscura.

Ahora, investigadores de la Universidad de Barcelona y el Imperial College de Londres por primera vez ha efectuado mediciones astronómicas de la distancia estándar del universo con datos observacionales.

El patrón de longitud utilizado en este estudio, que permanece inalterado desde entonces, es la escala de oscilaciones acústicas de bariones. Los investigadores han calculado que dicha longitud corresponde a 143 megaparsecs (unos 480 millones de años luz), cifra similar a la que apuntan las predicciones vigentes basadas en modelos sujetos a la relatividad general.

Tradicionalmente, en cosmología, la relatividad general ha desempeñado un papel fundamental en la mayoría de modelos e interpretaciones. Este estudio, publicado en la revista Physical Review Letters, demuestra que los datos observacionales disponibles son suficientes para medir la geometría y la expansión del Universo sin considerar estimaciones derivadas de la relatividad general.

La teoría de la relatividad general de Einstein sustituyó a la ley de Newton y se aceptó como válida para explicar el comportamiento de la gravedad a gran escala. Numerosos modelos astronómicos se basan en la relatividad general, incluidos aquellos que tratan de explicar la expansión del universo y los agujeros negros. No obstante, todavía quedan algunos aspectos sin resolver en torno a esta teoría. Por ejemplo, la relatividad general no concuerda con las leyes de la física cuántica y esta debe extrapolarse a otros órdenes de magnitud para poder aplicarla a escenarios cosmológicos. Ninguna otra ley de la física se ha extrapolado tanto sin ser ajustada, por lo que su adopción todavía puede cuestionarse.

Según Raúl Jiménez, investigador del Instituto de Ciencias del Cosmos de la Universidad de Barcelona (ICCUB) y coautor del estudio, «las incertidumbres que rodean la relatividad general nos han llevado a desarrollar métodos que nos permitan realizar mediciones más directas del cosmos, en lugar de depender tanto de inferencias realizadas a partir de modelos». "Este estudio –señala Jiménez– se basa únicamente en algunas formulaciones teóricas básicas, como la simetría y la expansión del universo".

No es lo mismo medir que inferir

Por su parte, la investigadora ICREA del ICCUB Licia Verde subraya que existe una gran diferencia entre medir una distancia e inferirla de manera indirecta. "En cosmología –afirma–, normalmente solo se puede hacer lo segundo; este es uno de esos raros y valiosos casos en los que la distancia puede medirse de forma directa".

"La mayoría de leyes cosmológicas adoptan la relatividad general y la aplican a escalas muy grandes, por lo que a menudo se extrapolan datos fuera de la zona de confort. Es alentador descubrir que es posible formular afirmaciones relevantes que no dependen de la relatividad general y concuerdan con otras realizadas previamente", señala la investigadora. "Comprobar que las observaciones del universo, por muy raras y desconcertantes que parezcan, son realistas y sólidas aporta seguridad", destaca Verde.

Para medir el tamaño de la regla estándar, el estudio ha utilizado datos obtenidos de observaciones astronómicas centradas en el brillo de las explosiones estelares (supernovas) y en el patrón de distribución de la materia (oscilaciones acústicas de bariones). La materia que creó esta regla estándar se formó unos 400.000 años después del Big Bang. En aquel momento la física del universo era todavía demasiado simple, por lo que los investigadores no han necesitado tener en cuenta conceptos como la energía oscura en sus mediciones.

"Las mediciones utilizadas en este estudio son certeras", destaca Alan Heavens, profesor del departamento de Física del Imperial College de Londres. "Además –añade–, la teoría que hemos aplicado pertenece a una época relativamente cercana al Big Bang, en la que la física era también muy clara".

El profesor indica que el método de medición basado en observaciones del cosmos se considera preciso, a pesar de que la astrofísica sea un campo muy activo y cambiante y por tanto los modelos considerados válidos estén sujetos a posibles cambios: "Aunque los modelos pierdan su validez, las observaciones y mediciones del cosmos seguirán siendo válidas. Conseguir basarnos en mediciones realizadas durante observaciones directas y no en modelos teóricos significa un gran avance en astrofísica y cosmología", concluye el investigador.