Sorpresa: la expansión del Universo podría no ser uniforme

Desde instante mismo el Big Bang, el Universo se está expandiendo, como un bizcocho lleno de pasas lo haría dentro de un horno. Y los cosmólogos creen que ese constante aumento de tamaño se produce de manera uniforme en todas las direcciones, como lo haría una buena masa pastelera. Los científicos llaman a eso «isotropía», hipótesis que se ha visto respaldada por observaciones de la radiación cósmica de fondo (CMB), que es el remanente directo del Big Bang y refleja el estado del Universo en sus primeros tiempos, cuando apenas contaba con 380.000 años de antigüedad. La distribución uniforme de la CMB en el firmamento sugiere que, en aquellos primeros días, el Universo se expandía con rapidez y a la misma velocidad en todas direcciones. Aunque, según los cálculos llevados a cabo por Konstantinos Mikgas y Thomas Reiprich, de la Universidad de Bonn, en el Universo actual puede que esto ya no sea verdad.

Por primera vez, el equipo dirigido por estos investigadores ha puesto a prueba la isotropía del Universo con un nuevo método que permite obtener datos más fiables que los anteriores. Y los resultados fueron de lo más inesperado. Algunas zonas del espacio, en efecto, se estarían expandiendo más rápido de lo que debieran mientras que otras, al contrario, lo harían más lentamente de lo esperado. «Nuestras mediciones -explica Mikgas- nos llevan a esa conclusión».

Mikgas y sus colegas han desarrollado una nueva forma de poner a prueba la isotropía. Se basa en la observación de los cúmulos de galaxias, que en un cierto modo serían las «pasas» del bizcocho del ejemplo anterior. Esos grupos galácticos emiten radiación de rayos X que puede ser captada por instrumentos desde la Tierra, en este caso por los telescopios orbitales Chandra y XMM-Newton. La temperatura de esos cúmulos se puede calcular en función de ciertas características de esos rayos X cósmicos y eso, a su vez, permite medir su brillo. Cuanto más calientes sean los cúmulos, más brillantes serán también.

En un Universo isotrópico se aplica una regla muy simple: cuanto más lejos esté de nosotros un objeto, más rápido se estará alejando. Por lo tanto, a partir de su velocidad podemos deducir su distancia, independientemente de la dirección en que el objeto se esté alejando. O por lo menos eso es lo que pensábamos hasta ahora. «En realidad -enfatiza Migkas- nuestras mediciones de brillo parecen estar en desacuerdo con el cálculo de distancias anterior».

La cantidad de luz que llega a la Tierra procedente de un objeto distante disminuye a medida que su distancia aumenta. Por eso, conociendo la luminosidad original de cualquier cuerpo celeste y su distancia podemos saber cómo de brillante debería ser la imagen que captamos con el telescopio. Y ahí es precisamente donde los investigadores han encontrado discrepancias. Diferencias que resultan muy difíciles de concliliar con la hipótesis de la isotropía. De hecho, el brillo de algunos cúmulos de galaxias ha resultado ser mucho más débil de lo esperado, por lo que su distancia a la Tierra es mayor de la calculada a partir de su velocidad. En otros cúmulos, para colmo, se da exactamente el caso contrario.

«Existen solo tres posibles explicaciones para esto -asegura Migkas-. En primer lugar, es posible que la radiación de rayos X que hemos medido disminuya de intensidad en su camino desde los cúmulos de galaxias hasta la Tierra. Esto podría deberse a nubes de gas y polvo (que la ralentizarían) aún no descubiertas dentro o fuera de la Vía Láctea. Sin embargo, en las pruebas preliminares encontramos una discrepancia entre nuestra medición y la teoría, y no solo en los rayos X, sino también en otras longitudes de onda. Es extremadamente improbable que cualquier tipo de nebulosa de materia absorba del mismo modo tipos de radiación completamente diferentes. No estuvimos seguros de esto hasta después de varios meses».

La segunda posibilidad son los llamados «flujos masivos». Se trata de grupos de cúmulos de galaxias vecinas que se mueven continuamente en una determinada dirección, por ejemplo, a causa de algunas estructuras en el espacio que generan una fuerte atracción gravitatoria. Esas estructuras, por lo tanto, atraerían a los cúmulos de galaxias hacia sí mismos, lo que alteraría su velocidad (y también su distancia derivada). «Este efecto -aclara Migkas- también significaría que muchos cálculos sobre las propiedades del Universo local serían iprecisos y que deberían repetirse».

Pero la tercera posibilidad es la más seria: ¿Y si el Universo no fuera isotrópico? ¿Qué pasaría si, metafóricamente hablando, la «levadura» de nuestro bizcocho de pasas estuviera distribuida de forma tan desigual que produjera abultamientos en algunos puntos mientras que otros la masa apenas creciera? Tal «anisotropía» podría, por ejemplo, ser consecuencia de las propiedades de la misteriosa «energía oscura», que actúa como una fuerza impulsora adicional en la expansión del Universo. De hecho, aún no existe una teoría que haga que el comportamiento de la energía oscura sea consistente con las observaciones. «Si tenemos éxito en el desarrollo de tal teoría -afirma Migkas- podríamos acelerar enormemente en la búsqueda de la naturaleza exacta de esta forma de energía».

El estudio llevado a cabo por Migkas y su equipo se basa en datos de más de 800 cúmulos de galaxias, 300 de los cuales fueron analizados directamente por los autores mientras que el resto procede de estudios anteriores. Solo el análisis de los rayos X fue tan minucioso y exigente que llevó varios meses de trabajo. Ahora, los autores del estudio esperan que los nuevos telescopios de rayos X eROSITA, basado en satélites, y Euclid, de la Agencia Espacial Europea, puedan registrar varios miles de cúmulos de galaxias adicionales durante los próximos años.

Solo entonces tendremos claro si la hipótesis de la isotropía, y todo lo que conlleva, debe ser abandonada.