Publicada en Nature: Primera verificación a escala cosmológica de la teoría de la gravedad de Einstein

Por Francisco R. Villatoro, el 11 marzo, 2010. Categoría(s): Astrofísica • Astronomía • Ciencia • Energía oscura • Física • Noticias • Physics • Relatividad • Science
Comparación entre observaciones experimentales y teóricas para el nuevo parámetro cosmológico (izq.) obtenido tras un análisis de los datos de galaxias del Sloan Digital Sky Survey. (C) Nature

La cosmología moderna se basa en el supuesto de que la relatividad general es una teoría válida de la gravedad a escalas cosmológicas. Un artículo publicado en Nature presenta la primera confirmación de la teoría de la gravedad de Einstein, la relatividad general, en escalas mucho más allá de nuestro Sistema Solar. Por ahora no se excluyen todas las teorías alternativas de la gravedad, pero la nueva técnica promete que en un futuro próximo sí se podrán discernir. La verificación se basa en el estudio de 70205 galaxias con corrimiento al rojo medio de z=0’32 estudiadas por el SDSS (Sloan Digital Sky Survey). Reyes et al. han obtenido un valor EG = 0’39 ± 0’06, que confirma el valor de 0’40 predicho por la relatividad general. La magnitud EG combina medidas de lentes gravitatorias a gran escala, cúmulos de galaxias y la tasa de crecimiento de grandes estructuras en el universo predicha por el modelo cosmológico estándar. Hay que destacar que el nuevo resultado permite excluir algunas modificaciones de la gravedad y, cuando sea medido con mayor precisión, permitirá excluir muchas otras. La cosmología relativista promete convertirse en una rama experimental de la física en pie de igualdad a otras ramas de la astrofísica. Nos lo comenta J. Anthony Tyson, «Cosmology: Gravity tested on cosmic scales,» News and Views, Nature 464: 172-173, 11 March 2010, que se hace eco del artículo técnico de Reinabelle Reyes, Rachel Mandelbaum, Uros Seljak, Tobias Baldauf, James E. Gunn, Lucas Lombriser, Robert E. Smith, «Confirmation of general relativity on large scales from weak lensing and galaxy velocities,» Nature, 464: 256-258, 11 March 2010.

Nuestra comprensión de la física que subyace a la evolución dinámica del universo y el desarrollo de estructuras a escala cósmica está impulsada por las observaciones astronómicas. Históricamente, las mediciones cosmológicas de galaxias en grandes escalas están en conflicto con las predicciones basadas en el modelo cosmológico que combina la teoría de Albert Einstein para la gravedad (relatividad general) y el modelo estándar de física de partículas. El modelo cosmológico estándar tuvo que incorporar la materia oscura y la energía oscura (esta última para explicar la reciente observación de la aceleración de la expansión del Universo). Actualmente no sabemos lo que son la materia y la energía oscuras. Aunque hay varios modelos en física de partículas para la naturaleza de la materia oscura, la energía oscura sigue siendo un misterio.

Recientemente se han desarrollado muchos modelos cosmológicos alternativos que se basan en versiones modificadas de la gravedad de Einstein a escala cosmológica con objeto de explicar la aparente aceleración de la expansión del Universo sin necesidad de recurrir a la energía oscura. ¿Se puede distinguir experimentalmente entre la teoría de Einstein y estas nuevas teorías de la gravedad? Pengjie Zhang et al., «Probing Gravity at Cosmological Scales by Measurements which Test the Relationship between Gravitational Lensing and Matter Overdensity,» Phys. Rev. Lett. 99: 141302, 2007, desarrollaron un método para distinguir entre estos modelos. El nuevo artículo de Reyes et al. aplica su método a los datos del Sloan Digital Sky Survey, desmostrando por primera vez de forma experimental la coherencia entre la relatividad general y los datos cosmológicos más precisos. El nuevo trabajo marca el camino para futuras pruebas de alta precisión que permitirán distinguir entre la relatividad general y otros modelos alternativos. La relatividad general podrá ser probada en escalas cien mil millones de veces más grandes que en la actualidad, escalas en las que desviaciones muy pequeñas respecto a la teoría, imposibles de medir en el marco del Sistema Solar, podrán ser verificadas.

Buenas noticias para Zhang et al. que nos indican que la próxima generación de medidas experimentales a nivel cosmológico permitirá reducir la incertidumbre experimental por debajo del 1% de error durante la próxima décado, cuando el SDSS y otros experimentos cartografíen miles de millones de galaxias y se pueda repetir el análisis de Reyes et al. con un número de galaxias de alto corrimiento al rojo cien veces mayor al utilizado en el estudio publicado en Nature. La física de la aceleración de la expansión del Universo podrá ser  estudiado con detalle, pudiendo diferenciar entre su posible origen como energía oscura o como manifestación de modificaciones de la gravedad a escalas cien mil millones de veces mayores que el Sistema Solar. Los experimentos en la próxima década promete una visión mucho más fundamental de la física del Universo a escala cósmica.

En español también puedes leer «Confirman la relatividad general en escalas grandes,» SINC 10 mar 2010 [visto en Menéame]. «Un equipo de astrofísicos estadounidenses y suizos ha comprobado que la teoría de la relatividad general de Einstein funciona a escalas tan grandes como las que separan las galaxias, según publica hoy la revista Nature. Para realizar el estudio los investigadores se han basado en una muestra de unas 70.000 galaxias y han definido un nuevo parámetro de cuantificación.»



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