Partículas desconocidas de energía oscura serían la fuerza impulsora detrás de la expansión del Universo

Una nueva investigación teórica sugiere que la misteriosa energía oscura estaría compuesta por "no partículas" y podría estar ligada a la expansión del cosmos, "separando" lentamente al Universo. Esto explicaría por qué los científicos no logran comprender aún en profundidad cómo el Universo se expande de forma cada vez más acelerada. También revelaría la causa de las mediciones discordantes sobre la tasa de expansión cósmica.

Los investigadores Ido Ben-Dayan y Utkarsh Kumar, de la Universidad de Ariel, ubicada en el asentamiento israelí homónimo en Cisjordania, publicaron un estudio sobre fines de 2023 en la revista Journal of Cosmology and Astroparticle Physics que plantea una polémica y sugerente teoría para explicar la expansión del Universo. Los científicos sostienen que una forma misteriosa de materia, que no sigue el modelo estándar de la física de partículas, impulsa en realidad la expansión cada vez más acelerada del cosmos.

El problema de la expansión cósmica

La comunidad científica reconoce ampliamente que el Universo se está expandiendo, aunque la causa de esa expansión sigue siendo un enigma. Una de las explicaciones propuestas sugiere que la energía oscura, que estaría presente en todo el espacio, produciría una presión tendiente a acelerar la expansión cósmica, generando una fuerza gravitacional repulsiva. Dicha fuerza alejaría a las estructuras entre sí, en lugar de atraerlas y acercarlas.

Esto daría forma a la denominada constante cosmológica, que conduce a una expansión a un ritmo independiente de la edad del Universo y la temperatura de la materia y la radiación. Vale destacar que este concepto es distinto a la llamada constante de Hubble, que especifica la velocidad a la que se está expandiendo el Universo y permite estimar el tamaño y la edad del cosmos.

Sin embargo, observaciones astronómicas recientes han desafiado la hipótesis de la constante cosmológica, llevando a los científicos a explorar alternativas sobre la composición real de la energía oscura que, al igual que en el caso de la materia oscura, sigue siendo una gran incógnita.

Aquí es precisamente donde Ben-Dayan y Kumar centran su hipótesis: postulan que la expansión del Universo no está impulsada por la constante cosmológica sino por “no partículas”, las cuales conformarían la energía oscura pero no seguirían los preceptos del modelo estándar de la física de partículas.

Una hipótesis que podría comprobarse sobre 2030

El concepto de “no partículas” fue introducido hace más de una década por el físico teórico Howard Georgi: serían el resultado de un conjunto de campos que no disponen de un momento y una masa claramente definidos. Los investigadores a cargo del nuevo estudio realizaron diferentes experimentos y mediciones utilizando las “no partículas”: concluyeron que al considerar este elemento como componente de la energía oscura, las discrepancias en torno a la tasa de expansión cósmica desaparecen.

Desde el punto de vista observacional, surgen disparidades en los valores de la tasa de expansión del Universo y el crecimiento de estructuras a gran escala, como galaxias y cúmulos galácticos. Según un artículo publicado en Space.com, múltiples observaciones, incluidas las mediciones del fondo cósmico de microondas o radiación remanente del Big Bang, contribuyen a alimentar esta tensión.

Magnitudes como la constante de Hubble no se miden directamente, sino que se calculan a partir de observaciones del fondo cósmico de microondas y de estrellas y galaxias distantes, utilizando teorías matemáticas. El gran problema es que diferentes teorías arrojan distintos valores de estos parámetros, pero a partir de los mismos datos. Esto genera numerosas discusiones en el ámbito de la cosmología.

¿Son las “no partículas” el fin de este problema? Por el momento, no existe evidencia empírica que respalde esta teoría. A pesar de esto, los autores de la investigación creen que durante la próxima década la precisión de las mediciones astronómicas mejorará notablemente con la incorporación de nuevas tecnologías, permitiendo determinar si la teoría de las “no partículas” es certera y concluye finalmente la tensión en torno a la expansión del Universo.

Referencia

Emergent Unparticles Dark Energy can restore cosmological concordance. Ido Ben-Dayan and Utkarsh Kumar. Journal of Cosmology and Astroparticle Physics (2023). DOI:https://doi.org/10.1088/1475-7516/2023/12/047