¿Obedece el Universo a las leyes de la Física de Einstein y Euler?

Desde el descubrimiento de la materia oscura y la expansión acelerada del Universo, la validez de las ecuaciones de ambos científicos se ha puesto a prueba cientos, puede que incluso miles de veces, con el objeto de averiguar si siguen siendo válidas incluso a la luz de esos nuevos y misteriosos hallazgos. Y ahora, un equipo de la Universidad de Ginebra (UNIGE) ha desarrollado el primer método para averiguarlo de una vez por todas. Un sistema que tiene en cuenta una medida nunca antes utilizada: la distorsión del tiempo. Los resultados se acaban de publicar en 'Nature Astronomy'.

Las teorías de Leonhard Euler (1707-1783) y Albert Einstein (1879-1955) revolucionaron más que ninguna otra nuestra comprensión del Universo. Con la famosa ecuación que lleva su nombre, Euler entregó a los científicos una poderosa herramienta para calcular los movimientos de las galaxias en el cielo. Y con su teoría de la relatividad general, Einstein demostró que el Universo en que vivimos no es un simple marco estático, sino algo variable, en eterno movimiento y que puede ser distorsionado por los cúmulos de estrellas y las galaxias que contiene.

Los físicos han urdido todo tipo de estrategias para poner a prueba las ecuaciones de Euler y Einstein, pero hasta ahora ambas han superado con éxito todos los desafíos. Todos excepto dos, que se siguen resistiendo a estos dos exitosos modelos: la expansión acelerada del Universo y la existencia de materia oscura invisible, que se cree que representa el 85% de toda la materia del cosmos. La cuestión es la siguiente: ¿Siguen estos misteriosos fenómenos obedeciendo las ecuaciones de Einstein y Euler? Pese a sus esfuerzos, los investigadores aún no pueden responder a esta pregunta.

«El problema -afirma Camille Bonvin, primera autora del estudio- es que los datos cosmológicos actuales no nos permiten diferenciar entre una teoría que rompe las ecuaciones de Einstein y otra que rompe la ecuación de Euler. Y eso es lo que demostramos en nuestro estudio. Pero también presentamos un método matemático para resolver ese problema. Esta es la culminación de diez años de investigación».

Según Bonvin y su equipo, hasta ahora los investigadores no han podido comprobar la validez de estas dos ecuaciones en el borde mismo del Universo porque les faltaba un 'ingrediente': una medida de la distorsión del tiempo. Según la investigadora «solo sabíamos medir la velocidad de los objetos celestes y la suma de las distorsiones del tiempo y el espacio. Pero hemos desarrollado un método para acceder a esta medida adicional, y es el primero».

Si la distorsión del tiempo no fuera igual a la suma del tiempo y el espacio, es decir, el resultado producido por la teoría de la relatividad general, significaría que el modelo de Einstein no funciona. Del mismo modo, si la distorsión del tiempo no se correspondiera con la velocidad de las galaxias calculada con la ecuación de Euler, significaría que esta última tampoco es válida.

«Nuestro método -dice por su parte Levon Pogosian, coautor del estudio- nos permitirá descubrir si en el Universo existen nuevas fuerzas o materia, que violan estas dos teorías».

Estos resultados suponen una contribución crucial para varias misiones cuyo objetivo es, precisamente, determinar el origen de la expansión acelerada del Universo y la naturaleza de la materia oscura, entre ellas el telescopio espacial EUCLID, que será lanzado en julio por la Agencia Espacial Europea (ESA), y el Instrumento Espectroscópico de Energía Oscura (DESI), que comenzó su misión de 5 años en 2021 en Arizona. También está el proyecto internacional de radiotelescopio gigante SKA (Square Kilometer Array) en Sudáfrica y Australia, que comenzará las observaciones en 2028/29.

«Nuestro método -asegura Bonvin- se integrará en estas diferentes misiones. Este ya es el caso de DESI, de quien nos hemos convertido en colaboradores externos gracias a esta investigación«. El equipo ya ha probado con éxito su modelo en catálogos sintéticos de galaxias. La siguiente etapa consistirá en probarlo utilizando los primeros datos proporcionados por DESI, así como identificar los obstáculos y minimizar las características sistemáticas que podrían dificultar su aplicación.

Todo está, pues, listo para la gran y definitiva prueba. Hasta ahora, las teorías de Euler y Einstein nunca se habían tenido que enfrentar a un desafío de semejante magnitud. Los resultados, en un futuro próximo, nos dirán si el Universo es realmente tal y como pensamos ahora o si estábamos terriblemente equivocados