El vacío cósmico local

El vacío cósmico local, una esfera de 1.000 millones de años luz de radio centrada en la zona del grupo local de galaxias donde se encuentra la Vía Láctea y con muy poca densidad de materia, podría ser la explicación a las discrepancias en la medición de la constante de Hubble, la llamada tensión de Hubble. Pero se ha de tirar de la mecánica newtoniana modificada.

Uno de los mayores misterios de la cosmología actual es el tema de la velocidad a la que se expande el universo. Este dato se puede predecir utilizando el modelo estándar de cosmología, también conocido como Lambda-CDM, abreviado de Lambda Materia Oscura Fría (ΛCDM), siendo Lambda la constante cosmológica. Este modelo se basa en observaciones detalladas de la luz que quedó del Big Bang, el llamado fondo cósmico de microondas.

La expansión del universo hace que las galaxias se alejen unas de otras. Cuanto más lejos están de nosotros, más rápido se mueven. La relación entre la velocidad de una galaxia y la distancia está regida por la "constante de Hubble", que es de aproximadamente de 70 km/s/Mpc. Esto significa que una galaxia gana algo más de 80.000 km/h por cada millón de años luz que se aleja de nosotros.

Pero desafortunadamente para el modelo estándar, este valor ha sido puesto en duda recientemente, lo que ha llevado a lo que los científicos llaman la "tensión de Hubble". Cuando medimos la tasa de expansión utilizando galaxias cercanas y supernovas (estrellas en explosión), es un 10% mayor que cuando la predecimos en base al fondo de microondas, CMB.

En un nuevo artículo publicado en la Royal Astronomical Society, se presenta una posible explicación: que vivimos en un vacío gigante en el espacio (un área con una densidad por debajo de la media). Y demuestran que esto podría inflar las mediciones locales a través de flujos de materia desde el vacío.

Según esto, nuestra galaxia se encuentra en el centro de un vacío de unos 2.000 millones de años luz de diámetro y con una densidad del 20% por debajo de la media del universo como un todo. Pero esto no es lo que predice el modelo estándar, según el cual la materia está uniformemente distribuida. En cambio, si se hace un recuento de galaxias en diferentes regiones se llega a concluir que estamos en un vacío de materia.

La idea básica que subyace a estos modelos de vacío es que si un observador vive cerca del centro de una gran vacío de materia, como en el caso de nuestra galaxia, será testigo de una expansión local del universo más rápida que la expansión global porque sólo se ve la expansión de las zonas fuera del vacío. Esto daría como resultado una constante de Hubble medida localmente que sería mayor que la tasa de expansión global y aparecería en las observaciones como una expansión acelerada.

Para explicar este vacío, los autores del estudio no han utilizado el ΛCDM, sino que lo han hecho con una teoría alternativa de la mecánica newtoniana, Modified Newtonian Dynamics (MOND).

Cuando se detectaron anomalías en las velocidades de rotación de las galaxias, dentro de el modelo ΛCDM se llegó a la sugerencia de una sustancia invisible, que interacciona solo con la gravedad, llamada "materia oscura", que actualmente se intenta detectar.

La teoría MOND, en cambio, sugiere que las anomalías pueden explicarse por la ruptura de la ley de gravedad de Newton cuando la atracción gravitatoria es muy débil, como es el caso en las regiones externas de las galaxias. Este es un tema controvertido porque modifica la ley de inercia y añade una aceleración mínima (1.2 × 10^-10 m/s2) que actúa como nueva constante universal; gracias a esta especie de «éter» explica que las curvas de rotación galáctica se vuelvan planas y no se necesita la materia oscura. Pero no permite hacer cosmología porque no es una teoría relativista.

La historia general de la expansión cósmica en MOND sería similar al modelo estándar, pero la estructura (como los cúmulos de galaxias) crecería más rápido en MOND. El modelo refleja cómo podría verse el universo local en un universo MOND. Y han descubierto que permitiría que las mediciones locales de la tasa de expansión actual fluctuaran dependiendo de nuestra ubicación.

Según los autores, recientes observaciones de galaxias han permitido una nueva prueba crucial de este modelo basada en la velocidad que el modelo predice en diferentes lugares. Esto se puede hacer midiendo algo llamado flujo masivo (bulk flow), que es la velocidad promedio de la materia en una esfera dada, densa o no. Esto varía con el radio de la esfera y las observaciones recientes muestran que continúa hasta mil millones de años luz.

Curiosamente, el flujo masivo de galaxias en esta escala ha cuadriplicado la velocidad esperada en el modelo estándar. También parece aumentar con el tamaño de la región considerada, lo que es opuesto a lo que predice el modelo estándar. La probabilidad de que esto sea consistente con el modelo estándar es inferior a una en un millón.

Continúan los autores diciendo que si miramos lo que este estudio predice para el flujo masivo, descubrimos que produce una coincidencia bastante buena con las observaciones. Y eso requiere que estemos bastante cerca del centro del vacío y que el vacío esté más vacío en su centro.