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| Representación artística de la materia del universo primitivo fusionándose lentamente en grandes estructuras cósmicas en el universo tardío. Crédito de la imagen: Minh Nguyen, Universidad de Michigan y Thanh Nguyen (cónyuge). |
Con la evolución del universo, los científicos esperan que las grandes estructuras cósmicas, como los cúmulos de galaxias, crezcan a un ritmo determinado. En realidad, el entramado cósmico del universo primitivo comenzó como pequeños grumos de materia que más tarde se convirtieron en galaxias individuales, cúmulos galácticos y filamentos. Una masa inicialmente modesta atrae y reúne cada vez más materia de su región local durante el universo a través de la interacción gravitatoria. La zona se colapsa gradualmente bajo su gravedad a medida que se hace más y más densa.
Como resultado, los cúmulos se vuelven más densos a medida que se desmoronan. Los científicos, de este modo, definen el crecimiento.
Sin embargo, la velocidad de crecimiento de estas estructuras sustanciales es más lenta de lo esperado por la Teoría de la Relatividad General de Einstein, según una investigación de la Universidad de Michigan.
También demostraron que la supresión del crecimiento de las estructuras cósmicas que los investigadores observan en sus datos es considerablemente más fuerte de lo que predice la teoría a medida que la energía oscura acelera la expansión global del universo. A medida que la energía oscura acelera la expansión del universo, tiene el efecto contrario en las grandes estructuras.
Minh Nguyen, autor principal del estudio e investigador postdoctoral en el Departamento de Física de la UM, afirma: "Si la gravedad actúa como un amplificador que potencia las perturbaciones de la materia para que se conviertan en estructuras a gran escala, la energía oscura actúa como un atenuador que amortigua estas perturbaciones y ralentiza el crecimiento de la estructura". Examinando cómo se ha ido agrupando y creciendo la estructura cósmica, podemos intentar comprender la naturaleza de la gravedad y la energía oscura."
Los científicos examinaron el crecimiento temporal de las estructuras a gran escala a lo largo del tiempo cósmico utilizando varias sondas cosmológicas.
El equipo comenzó utilizando algo conocido como fondo cósmico de microondas. El fondo cósmico de microondas, o CMB, comprende los fotones liberados inmediatamente después del Big Bang. Estos fotones ofrecen una visión de los inicios del universo. Las estructuras a gran escala que se encuentran en el camino de los fotones pueden distorsionarlos o enfocarlos gravitatoriamente a medida que se acercan a nuestros telescopios. La distribución de la estructura y la materia entre nuestro planeta y el fondo cósmico de microondas puede deducirse observándolos.
El equipo utilizó un fenómeno similar con las lentes gravitacionales débiles de las formas de las galaxias. Mediante interacciones gravitatorias con la materia y las galaxias del primer plano, la luz de las galaxias del fondo se desvía. Posteriormente, los cosmólogos determinan la distribución de la materia intermedia descodificando estas distorsiones.
Los científicos también utilizaron los movimientos de las galaxias en el universo local para seguir el crecimiento de la estructura hasta una época aún más tardía. Sus movimientos siguen directamente el desarrollo de las estructuras cósmicas subyacentes a medida que las galaxias caen en sus pozos gravitatorios.
Según Nguyen, "la diferencia en estas tasas de crecimiento que hemos descubierto potencialmente se hace más prominente a medida que nos acercamos a la actualidad. Estas diferentes sondas indican, individual y colectivamente, una supresión del crecimiento. O bien estamos pasando por alto algunos errores sistemáticos en cada una de estas sondas o bien alguna física nueva y tardía en nuestro modelo estándar."
Los resultados abordan la denominada tensión S8 de la cosmología. El parámetro S8 describe cómo crece una estructura. Los científicos están en desacuerdo cuando intentan calcular el valor de S8 utilizando dos metodologías distintas. La primera técnica, que utiliza fotones del fondo cósmico de microondas, predice un valor de S8 mayor que los valores deducidos de las observaciones de las lentes gravitacionales débiles de las galaxias y de las agrupaciones de galaxias.
Estas dos sondas no rastrean la expansión actual de la estructura. Asumiendo el modelo habitual, examinan estructuras de épocas anteriores y extrapolan esas mediciones al presente. Mientras que las lentes gravitacionales débiles para las galaxias y la formación de cúmulos examinan la estructura del universo tardío, el fondo cósmico de microondas estudia la estructura del universo temprano.
Según Nguyen, "los hallazgos de los investigadores sobre una supresión del crecimiento en épocas tardías pondrían en perfecta concordancia los dos valores de S8".
Universidad de Michigan - Nhat-Minh Nguyen et al, Evidence for Suppression of Structure Growth in the Concordance Cosmological Model, Physical Review Letters (2023). DOI: 10.1103/PhysRevLett.131.111001