Una nueva investigación sugiere la existencia de un «mundo espejo» invisible de partículas que interactúa con nuestro mundo sólo a través de la gravedad y que podría ser la clave para resolver un importante rompecabezas de la cosmología actual: el problema de la constante de Hubble.

La constante de Hubble es la tasa de expansión del universo actual. Las predicciones de esta tasa -del modelo estándar de la cosmología- son significativamente más lentas que la tasa encontrada por nuestras mediciones locales más precisas. Esta discrepancia es la que muchos cosmólogos han tratado de resolver cambiando nuestro modelo cosmológico actual. El reto es hacerlo sin arruinar la concordancia entre las predicciones del modelo estándar y muchos otros fenómenos cosmológicos, como el fondo cósmico de microondas. Determinar si ese escenario cosmológico existe es la pregunta que han tratado de responder los investigadores, entre ellos Francis-Yan Cyr-Racine, profesor adjunto del Departamento de Física y Astronomía de la Universidad de Nuevo México, Fei Ge y Lloyd Knox, de la Universidad de California en Davis.

Según la NASA, la cosmología es el estudio científico de las propiedades a gran escala del universo en su conjunto. Los cosmólogos estudian conceptos como la materia oscura y la energía oscura y si hay un universo o muchos, a veces llamado multiverso. La cosmología abarca todo el universo, desde el nacimiento hasta la muerte, con misterios e intrigas a cada paso.

Ahora, Cyr-Racine, Ge y Knox han descubierto una propiedad matemática de los modelos cosmológicos que hasta ahora había pasado desapercibida y que, en principio, podría permitir un ritmo de expansión más rápido sin cambiar apenas las demás predicciones del modelo cosmológico estándar, que han sido probadas con mayor precisión. Descubrieron que una escala uniforme de las tasas de caída libre gravitacional y de la tasa de dispersión de fotones-electrones deja casi invariables la mayoría de los observables cosmológicos adimensionales.

«Básicamente, señalamos que muchas de las observaciones que hacemos en cosmología tienen una simetría inherente bajo el reescalado del universo como un todo. Esto podría proporcionar una manera de entender por qué parece haber una discrepancia entre las diferentes mediciones de la tasa de expansión del Universo.»

La investigación, titulada «Symmetry of Cosmological Observables, a Mirror World Dark Sector, and the Hubble Constant» fue publicada recientemente en Physical Review Letters.

Este resultado abre un nuevo enfoque para reconciliar las observaciones del fondo cósmico de microondas y de la estructura a gran escala con valores elevados de la constante de Hubble H0: encontrar un modelo cosmológico en el que la transformación de escala pueda realizarse sin violar ninguna medida de las cantidades no protegidas por la simetría. Este trabajo ha abierto un nuevo camino hacia la resolución de lo que ha resultado ser un problema difícil. La construcción de nuevos modelos podría aportar coherencia con las dos restricciones que aún no se han satisfecho: las abundancias primordiales inferidas de deuterio y helio.

Si el universo aprovecha de algún modo esta simetría, los investigadores se ven abocados a una conclusión extremadamente interesante: que existe un universo espejo muy similar al nuestro, pero invisible para nosotros salvo por el impacto gravitatorio en nuestro mundo. Este sector oscuro del «mundo espejo» permitiría un escalado efectivo de las tasas de caída libre gravitacional respetando la densidad media de fotones medida con precisión en la actualidad.

«En la práctica, esta simetría de escala sólo podría realizarse incluyendo un mundo espejo en el modelo, un universo paralelo con nuevas partículas que son todas copias de las partículas conocidas», dijo Cyr-Racine. «La idea del mundo espejo surgió por primera vez en la década de 1990, pero hasta ahora no se había reconocido como una posible solución al problema de la constante de Hubble.

«Esto puede parecer una locura a primera vista, pero estos mundos espejo tienen una gran literatura física en un contexto completamente diferente, ya que pueden ayudar a resolver problemas importantes en la física de partículas», explica Cyr-Racine. «Nuestro trabajo nos permite vincular, por primera vez, esta gran literatura a un problema importante en cosmología».

Además de buscar los ingredientes que faltan en nuestro modelo cosmológico actual, los investigadores también se preguntan si esta discrepancia de la constante de Hubble podría estar causada en parte por errores de medición. Aunque sigue siendo una posibilidad, es importante señalar que la discrepancia se ha vuelto más y más significativa a medida que se han incluido datos de mayor calidad en los análisis, lo que sugiere que los datos podrían no ser los culpables.

«Pasó de dos y medio Sigma, a tres, y de tres y medio a cuatro Sigma. En este momento, estamos más o menos en el nivel de cinco Sigma», dijo Cyr-Racine. «Ese es el número clave que hace que esto sea un verdadero problema porque tienes dos mediciones de la misma cosa, que si tienes una imagen consistente del universo deberían ser completamente consistentes entre sí, pero difieren por una cantidad estadísticamente significativa».

«Esa es la premisa aquí y hemos estado pensando en qué podría estar causando eso y por qué estas mediciones son discrepantes. Así que ese es un gran problema para la cosmología. Parece que no entendemos lo que el universo está haciendo hoy».

Fuente de la historia:

Materiales proporcionados por Universidad de Nuevo México. Original escrito por Steve Carr. Nota: El contenido puede ser editado por razones de estilo y longitud.

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