Una burbuja multi galáctica de baja densidad explicaría el misterio de la velocidad de la expansión del universo

La Vía Láctea y miles de galaxias cercanas se mueven en una vasta “burbuja” de 250 millones de años luz de diámetro, donde la densidad promedio de la materia es la mitad de la del resto del universo.

Esta es la hipótesis presentada por un físico teórico de la Universidad de Ginebra (UNIGE) para resolver un enigma que ha estado dividiendo a la comunidad científica durante una década: ¿a qué velocidad se está expandiendo el universo?.

Hasta ahora, al menos dos métodos de cálculo independientes han llegado a dos valores que son diferentes en aproximadamente un 10% con una desviación estadísticamente irreconciliable. Este nuevo enfoque, que se presenta en la revista Physics Letters B, borra esta divergencia sin hacer uso de ninguna “nueva física”.

El universo se ha expandido desde que ocurrió el Big Bang hace 13.800 millones de años, una proposición hecha por primera vez por el físico belga Georges Lemaître (1894-1966), y demostrada por primera vez por Edwin Hubble (1889-1953).

El astrónomo estadounidense descubrió en 1929 que todas las galaxias se alejan de nosotros y que las galaxias más distantes se mueven más rápidamente. Esto sugiere que hubo un tiempo en el pasado en el que todas las galaxias estaban ubicadas en el mismo lugar, un tiempo que solo puede corresponder al Big Bang.

Esta investigación dio lugar a la ley de Hubble-Lemaître, incluida la constante de Hubble (H0), que denota la tasa de expansión del universo. Las mejores estimaciones de H0 actualmente se encuentran alrededor de 70 (km/s)/Mpc (lo que significa que el universo se expande 70 kilómetros por segundo más rápidamente cada 3,26 millones de años luz). El problema es que hay dos métodos de cálculo en conflicto.

El primero se basa en el fondo cósmico de microondas: esta es la radiación de microondas que nos llega desde todas partes, emitida en el momento en que el universo se enfrió lo suficiente como para que la luz pueda circular libremente (unos 370.000 años después del Big Bang).

Utilizando los datos precisos proporcionados por la misión espacial de Planck, y dado el hecho de que el universo es homogéneo e isotrópico, se obtiene un valor de 67,4 para H0 utilizando la teoría de la relatividad general de Einstein para recorrer el escenario. El segundo método de cálculo se basa en las supernovas que aparecen esporádicamente en galaxias distantes. Estos eventos muy brillantes proporcionan al observador distancias muy precisas, un enfoque que ha permitido determinar un valor para H0 de 74.

Lucas Lombriser, profesor en el Departamento de Física Teórica de la Facultad de Ciencias de la UNIGE, explica: “Estos dos valores continuaron siendo más precisos durante muchos años mientras se mantuvieron diferentes entre sí. No tomó mucho despertar una controversia científica e incluso para despertar la emocionante esperanza de que tal vez estábamos tratando con una 'nueva física'”.

Para reducir la brecha, el profesor Lombriser consideró la idea de que el universo no es tan homogéneo como se afirma, una hipótesis que puede parecer obvia en escalas relativamente modestas. No hay duda de que la materia se distribuye de manera diferente dentro de una galaxia que fuera de ella. Sin embargo, es más difícil imaginar fluctuaciones en la densidad promedio de la materia calculada en volúmenes miles de veces más grandes que una galaxia.

“Si estuviéramos en una especie de burbuja 'gigantesca'”, continúa el profesor Lombriser, “donde la densidad de la materia era significativamente menor que la densidad conocida para todo el universo, tendría consecuencias en las distancias de las supernovas y, en última instancia, en determinando H0 ”.

Todo lo que se necesitaría sería que esta “burbuja de Hubble” fuera lo suficientemente grande como para incluir la galaxia que sirve como referencia para medir distancias. Al establecer un diámetro de 250 millones de años luz para esta burbuja, el físico calculó que si la densidad de la materia en el interior fuera 50% más baja que para el resto del universo, se obtendría un nuevo valor para la constante de Hubble, que luego estaría de acuerdo con el obtenido usando el fondo cósmico de microondas.

“La probabilidad de que haya tal fluctuación en esta escala es de uno en 20 a uno en 5, lo que significa que no es la fantasía de un teórico. Hay muchas regiones como la nuestra en el vasto universo”, dice el profesor Lombriser.