Un modelo cosmológico que aúna la materia y la energía oscura describe la expansión del universo

Un estudio de la UPV/EHU ratifica con datos reales los resultados de un modelo que considera la materia y energía oscura en un solo fluido

  • Investigación

Fecha de primera publicación: 31/05/2019

Ruth Lazkoz y María Ortiz Baños. Foto: UPV/EHU.

Un trabajo realizado entre el grupo de investigación de Gravitación y Cosmología de la UPV/EHU y la Universidad de Szczecin (Polonia) ha propuesto un modelo cosmológico, apodado como Umami, para describir la expansión del universo. Su modelo considera la materia y la energía oscura del universo como componentes de un mismo fluido cosmológico, y al testarlo con diferentes datos astrofísicos observados han visto que concuerda con ellos bastante bien, aunque aún faltan estudios complementarios.

El hecho de que el universo se encuentra en una expansión acelerada es un fenómeno conocido, confirmado y relatado en numerosas investigaciones. Sin embargo, la explicación teórica de este fenómeno se encuentra lejos de ser resuelta, ya que se desconoce, incluso, el ritmo al que se está dando esa expansión. El grupo de investigación de Gravitación y Cosmología del Departamento de Física Teórica e Historia de la Ciencia de la UPV/EHU lleva muchos años trabajando en este tema, y ahora dos investigadoras del grupo han publicado un trabajo en la revista Physics of the Dark Universe, llevado a cabo junto con un investigador de la Universidad de Szczecin (Polonia), donde han propuesto un modelo físico-matemático para explicar esta expansión.

El modelo propuesto es de la familia de los denominados modelos de Chaplygin, los cuales se caracterizan por representar mediante fluidos unificados los componentes más abundantes del universo: la materia oscura y la energía oscura. El puzzle se completaría con la materia que conocemos (materia bariónica), la radiación, los neutrinos, etc. “Nuestro modelo es una variante de los modelos de Chaplygin que consideran en un mismo fluido toda la materia, tanto la bariónica como la oscura, y la energía oscura. La gravitación puede producir atracción entre los cuerpos, tal y como hacen la materia oscura y la convencional, pero también son posibles sorprendentes efectos repulsivos, tales como el que produciría la energía oscura. Proponemos que el estado de este fluido de Chaplygin haya ido cambiando con el transcurso del tiempo, en concreto que hayan variado las proporciones de materia y energía oscura, y por tanto, que en tiempos primitivos el efecto dominante fuera la tendencia a la atracción, es decir, al colapso, mientras que a tiempos tardíos, en cambio, se produciría más bien repulsión”, explica Ruth Lazkoz, investigadora del grupo de Gravitación y Cosmología y una de las autoras del estudio. Eso explicaría que la expansión del universo se esté dando de la forma que se tiene constancia, es decir, aceleradamente, o dicho de otro modo, que la expansión se está haciendo cada vez más rápida.

En el modelo cosmológico propuesto, han dotado a los parámetros correspondientes al fluido descrito, apodado como umami, “de mayor libertad. Es decir, hemos planteado una generalización del modelo de Chaplygin; en el nuestro, el fluido, puede tomar un rango más amplio de valores matemáticos. Aunque como contrapartida el resultado obtenido no es tan concluyente estadísticamente, hemos podido comparar los resultados que ofrece nuestro modelo con un conjunto de datos que nos aportan diferentes fenómenos astrofísicos, como supernovas, cuásares, brotes de rayos gamma, etc., es decir, que nos permiten leer lo que el universo nos está contando sobre sí mismo”, detalla la investigadora.

Y el resultado ha sido positivo. “Nuestro modelo ha sido capaz de unificar el comportamiento que muestran en el contexto cosmológico tanto la materia oscura como la energía oscura. Además, uno de los resultados más interesantes ha sido que el parámetro que representa el ritmo de expansión del universo, llamado parámetro de Hubble, ha resultado tener en nuestro modelo un valor intermedio entre dos valores, muy alejados uno de otro, que arrojan  dos grandes grupos de estudio en pugna entre sí, y esto lo posiciona como un punto de compromiso entre dichos valores”, señala María Ortiz Baños, integrante del mismo grupo de investigación, que espera poder presentar pronto este y otros trabajos en la defensa de su tesis doctoral.

Las investigadoras consideran que la información obtenida en este estudio les muestra que “la dirección tomada parece acertada, y es un camino interesante a seguir, porque logramos resultados ligeramente mejores que otros marcos teóricos actuales más estándar. Aunque no hay duda de que se debe continuar profundizando en el tema, ya que hay otros aspectos del modelo que han de ser analizados, como por ejemplo, las perturbaciones, que nos permitirían ahondar en la física a las escalas más pequeñas. De esta forma podríamos saber, entre otras cuestiones relevantes, si nuestro modelo puede dar lugar a las estructuras presentes hoy día en el universo”, concluyen.

Referencia bibliográfica

  • Ruth Lazkoz, María Ortiz-Baños, Vincenzo Salzano The Umami Chaplygin model Physics of the Dark Universe (2019) DOI: 10.1016/j.dark.2019.100279