La dirección es algo a lo que los humanos estamos bastante acostumbrados. Viviendo en nuestro ambiente terrestre amigable, estamos acostumbrados a ver cosas en términos de arriba y abajo, izquierda y derecha, adelante o atrás. Y para nosotros, nuestro marco de referencia es fijo y no cambia, a menos que nos movamos o estemos en proceso. Pero cuando se trata de cosmología, las cosas se ponen un poco más complicadas.
Desde hace mucho tiempo, los cosmólogos han creído que el universo es homogéneo e isotrópico, es decir, fundamentalmente el mismo en todas las direcciones. En este sentido, no existe tal cosa como "arriba" o "abajo" cuando se trata del espacio, solo puntos de referencia que son completamente relativos. Y gracias a un nuevo estudio realizado por investigadores del University College London, se ha demostrado que esa opinión es correcta.
En aras de su estudio, titulado "¿Qué tan isotrópico es el universo?", El equipo de investigación utilizó datos de encuestas del Fondo cósmico de microondas (CMB), la radiación térmica que queda del Big Bang. Estos datos fueron obtenidos por la nave espacial Planck de la ESA entre 2009 y 2013.
Luego, el equipo lo analizó utilizando una supercomputadora para determinar si había algún patrón de polarización que indicara si el espacio tiene una "dirección preferida" de expansión. El propósito de esta prueba era ver si uno de los supuestos básicos que subyace al modelo cosmológico más ampliamente aceptado es de hecho correcto.
El primero de estos supuestos es que el Universo fue creado por el Big Bang, que se basa en el descubrimiento de que el Universo está en un estado de expansión, y el descubrimiento del Fondo Cósmico de Microondas. La segunda suposición es que el espacio es homogéneo e istrópico, lo que significa que no hay diferencias importantes en la distribución de la materia a gran escala.
Esta creencia, que también se conoce como el Principio Cosmológico, se basa en parte en el Principio de Copérnico (que establece que la Tierra no tiene un lugar especial en el Universo) y la Teoría de la Relatividad de Einstein, que demostró que la medición de la inercia en cualquier sistema es relativa al observador
Esta teoría siempre ha tenido sus limitaciones, ya que la materia claramente no está distribuida uniformemente a escalas más pequeñas (es decir, sistemas estelares, galaxias, cúmulos de galaxias, etc.). Sin embargo, los cosmólogos han discutido sobre esto diciendo que la fluctuación a pequeña escala se debe a las fluctuaciones cuánticas que ocurrieron en el Universo temprano, y que la estructura a gran escala es de homogeneidad.
Al buscar fluctuaciones en la luz más antigua del Universo, los científicos han intentado determinar si esto es realmente correcto. En los últimos treinta años, este tipo de mediciones se han realizado en múltiples misiones, como la misión Cosmic Background Explorer (COBE), la sonda de anisotropía de microondas Wilkinson (WMAP) y la nave espacial Planck.
Por el bien de su estudio, el equipo de investigación de UCL, dirigido por Daniela Saadeh y Stephen Feeney, consideró las cosas de manera un poco diferente. En lugar de buscar desequilibrios en el fondo de microondas, buscaron signos de que el espacio podría tener una dirección de expansión preferida, y cómo estos podrían imprimirse en el CMB.
Como Daniela Saadeh, estudiante de doctorado en UCL y autora principal del artículo, le dijo a Space Magazine por correo electrónico:
“Analizamos la temperatura y la polarización del fondo cósmico de microondas (CMB), una radiación reliquia del Big Bang, utilizando datos de la misión Planck. Comparamos el CMB real con nuestras predicciones de cómo se vería en un universo anisotrópico. Después de esta búsqueda, concluimos que no hay evidencia de estos patrones y que la suposición de que el Universo es isotrópico a gran escala es buena ”.
Básicamente, sus resultados mostraron que solo existe una probabilidad de 1 en 121 000 de que el Universo sea anisotrópico. En otras palabras, la evidencia indica que el Universo se ha expandido en todas las direcciones de manera uniforme, eliminando así cualquier duda acerca de que sea un sentido real de dirección a gran escala.
Y en cierto modo, esto es un poco decepcionante, ya que un universo que no es homogéneo y el mismo en todas las direcciones conduciría a un conjunto de soluciones para las ecuaciones de campo de Einstein. Por sí mismas, estas ecuaciones no imponen ninguna simetría en el espacio-tiempo, pero el Modelo Estándar (del cual forman parte) acepta la homogeneidad como una especie de dato.
Estas soluciones se conocen como los modelos Bianchi, que fueron propuestas por el matemático italiano Luigi Bianchi a fines del siglo XIX. Estas teorías algebraicas, que pueden aplicarse al espacio-tiempo tridimensional, se obtienen al ser menos restrictivas y, por lo tanto, permiten un Universo que es anisotrópico.
Por otro lado, el estudio realizado por Saadeh, Feeney y sus colegas ha demostrado que uno de los principales supuestos en los que se basan nuestros modelos cosmológicos actuales es, de hecho, correcto. Al hacerlo, también han proporcionado una sensación muy necesaria de acercamiento a un debate a largo plazo.
"En los últimos diez años ha habido una discusión considerable sobre si había signos de anisotropía a gran escala al acecho en el CMB", dijo Saadeh. “Si el Universo fuera anisotrópico, necesitaríamos revisar muchos de nuestros cálculos sobre su historia y contenido. Los datos de alta calidad de Planck llegaron con una oportunidad de oro para realizar este control de salud en el modelo estándar de cosmología y la buena noticia es que es seguro ".
Entonces, la próxima vez que te encuentres mirando hacia el cielo nocturno, recuerda ... que es un lujo que solo tienes mientras estás parado en la Tierra. ¡Ahí fuera, es todo un juego de pelota! Así que disfruta de lo que llamamos "dirección" cuando y donde puedas.
Y asegúrese de ver esta animación producida por el equipo de UCL, que ilustra los datos CMB de la misión Planck:
