¿Qué forma tiene el universo? Un nuevo estudio sugiere que nos hemos equivocado

Los científicos de Planck observaron el efecto de lente mayor de lo esperado hace años; la anomalía apareció de forma más prominente en su análisis final del conjunto de datos completo, publicado el año pasado. Si el universo es plano, los cosmólogos esperan que la medición de la curvatura caiga dentro de una «desviación estándar» de cero, debido a las fluctuaciones estadísticas aleatorias de los datos. Sin embargo, tanto el equipo de Planck como los autores del nuevo artículo descubrieron que los datos del CMB se desvían en 3,4 desviaciones estándar. Suponiendo que el universo sea plano, se trata de una gran casualidad, equivalente a salir cara en un lanzamiento de moneda 11 veces seguidas, lo que ocurre menos del 1% de las veces. El equipo de Planck atribuye la medición a una casualidad de este tipo, o a algún efecto no contabilizado que difumina la luz del CMB, imitando el efecto de la materia extra.

O quizás el universo es realmente cerrado. Di Valentino y sus coautores señalan que un modelo cerrado resuelve otros hallazgos anómalos en el CMB. Por ejemplo, los investigadores deducen los valores de los ingredientes clave de nuestro universo, como la cantidad de materia oscura y energía oscura, midiendo las variaciones en el color de la luz del CMB procedente de diferentes regiones del cielo. Pero, curiosamente, obtienen respuestas diferentes cuando comparan regiones pequeñas del cielo y cuando comparan regiones grandes. Los autores señalan que cuando se recalculan estos valores asumiendo un universo cerrado, no difieren.

Will Kinney, cosmólogo de la Universidad de Buffalo en Nueva York, calificó este beneficio extra del modelo de universo cerrado como «realmente interesante.» Pero señaló que las discrepancias entre las variaciones a pequeña y gran escala observadas en la luz del CMB podrían ser fácilmente fluctuaciones estadísticas en sí mismas, o podrían provenir del mismo error no identificado que puede afectar a la medición de las lentes.

Sólo hay seis de estas propiedades clave que dan forma al universo, según la teoría estándar de la cosmología, que se conoce como ΛCDM (llamada así por la energía oscura, representada por la letra griega Λ, o lambda, y la materia oscura fría). Con sólo seis números, la ΛCDM describe con precisión casi todas las características del cosmos. Y el ΛCDM no predice ninguna curvatura; dice que el universo es plano.

El nuevo artículo argumenta efectivamente que podríamos necesitar añadir un séptimo parámetro al ΛCDM: un número que describa la curvatura del universo. Para la medición de la lente, añadir un séptimo número mejora el ajuste con los datos.

Pero otros cosmólogos argumentan que antes de tomar una anomalía lo suficientemente en serio como para añadir un séptimo parámetro a la teoría, tenemos que tener en cuenta todas las otras cosas que ΛCDM hace bien. Por supuesto, podemos centrarnos en esta anomalía -una moneda que sale cara 11 veces seguidas- y decir que algo falla. Pero el CMB es un conjunto de datos tan grande que es como lanzar una moneda cientos o miles de veces. No es difícil imaginar que, al hacerlo, nos encontremos con una racha aleatoria de 11 caras. Los físicos llaman a esto el efecto de «mirar a otra parte».

Además, los investigadores señalan que el séptimo parámetro no es necesario para la mayoría de las otras mediciones. Hay una segunda forma de obtener la curvatura espacial del CMB, midiendo las correlaciones entre la luz de conjuntos de cuatro puntos en el cielo; esta medición de «reconstrucción de lentes» indica que el universo es plano, sin necesidad de un séptimo parámetro. Además, las observaciones independientes del estudio BOSS de las señales cosmológicas llamadas oscilaciones acústicas de bariones también apuntan a la planitud. Planck, en su análisis de 2018, combinó su medición de lentes con estas otras dos mediciones y llegó a un valor global para la curvatura espacial dentro de una desviación estándar de cero.

Di Valentino, Melchiorri y Silk creen que juntar estos tres conjuntos de datos diferentes enmascara el hecho de que los diferentes conjuntos de datos no están realmente de acuerdo. «La cuestión aquí no es que el universo esté cerrado», dijo Melchiorri por correo electrónico. «El problema es la incoherencia entre los datos. Esto indica que actualmente no hay un modelo de concordancia y que nos estamos perdiendo algo.» En otras palabras, el ΛCDM es erróneo o incompleto.

Todos los demás investigadores consultados para este artículo piensan que el peso de la evidencia apunta a que el universo es plano. «Dadas las otras mediciones», dijo Addison, «la interpretación más clara de este comportamiento de los datos de Planck es que se trata de una fluctuación estadística. Tal vez esté causada por alguna ligera inexactitud en el análisis de Planck, o tal vez sea completamente una fluctuación de ruido o una casualidad. Pero de cualquier manera, no hay realmente una razón para tomar en serio este modelo cerrado.»

Eso no quiere decir que no falten piezas en el cuadro cosmológico. El ΛCDM aparentemente predice un valor erróneo para la tasa de expansión actual del universo, causando una controversia conocida como el problema de la constante de Hubble. Pero asumir que el universo es cerrado no soluciona este problema; de hecho, añadir curvatura empeora la predicción de la tasa de expansión. Aparte de la medición de la lente anómala de Planck, no hay ninguna razón para pensar que el universo está cerrado.

«El tiempo lo dirá, pero no estoy, personalmente, terriblemente preocupado por esto», dijo Kinney, refiriéndose a la sugerencia de curvatura en los datos del CMB. «Es del tipo de anomalías similares que han demostrado ser vapores».

Actualización: 15 de julio de 2020
Las nuevas mediciones del fondo cósmico de microondas realizadas por el Telescopio Cosmológico de Atacama encuentran que el universo es plano, con una densidad que coincide con la densidad crítica. «No encontramos evidencia de desviación de la planitud», escriben los científicos de ACT, «apoyando la interpretación de que se trata de una fluctuación estadística».»

Corregido el 4 de noviembre de 2019: La versión original de este artículo hacía referencia al satélite BOSS. En realidad, el estudio BOSS se realizó en un telescopio terrestre.

Este artículo fue reimpreso en español en Investigacionyciencia.es.