¿Se equivocó Einstein? La IA detecta un fallo en la estructura del universo

La forma del universo no es un tema en el que pensemos todos los días, pero un nuevo estudio sugiere que el cosmos podría estar «torcido», es decir, no ser igual en todas las direcciones. Esto importa porque la visión más popular hoy en día del funcionamiento del universo —el modelo cosmológico estándar (ΛCDM)— se basa en la suposición de que, en promedio y a gran escala, el universo es homogéneo e isótropo, es decir, se ve aproximadamente igual en cualquier dirección.

Los autores de el trabajo analizan uno de los problemas más fundamentales de este marco: la llamada anomalía del dipolo cósmico. Según concluyen, no se trata solo de añadir otra «rareza» a la lista de observaciones, sino de poner en duda el propio fundamento del enfoque en el que se basa la descripción moderna de la evolución y la estructura del universo.

El punto de partida aquí es la radiación relicta, o fondo cósmico de microondas (CMB), el «eco» del Big Bang. Es sorprendentemente uniforme: la temperatura en el cielo difiere solo por fracciones de porcentaje, en promedio del orden de una cienmilésima. Precisamente por eso a los cosmólogos les resulta conveniente describir el universo mediante un modelo espacio‑tiempo lo más simétrico posible dentro de la relatividad general —la descripción de Friedmann–Lemaître–Robertson–Walker (FLRW). Esto hace que las ecuaciones de Einstein sean resolubles en un sentido práctico y constituye la base de ΛCDM.

Sin embargo, en las últimas décadas se han acumulado «tensiones»: discrepancias entre conjuntos de datos que, en ideal, deberían converger. La más conocida es la «tensión de Hubble», cuando la velocidad de expansión del universo calculada a partir de la época temprana no coincide con las estimaciones obtenidas de observaciones más cercanas y «tardías». Pero, como señalan los autores, la anomalía del dipolo cósmico es aún más fundamental, porque cuestiona la idea misma de que el universo sea igual en todas las direcciones a gran escala.

En el fondo de microondas hay una característica destacada: la anisotropía dipolar. Es la mayor diferencia de temperatura en el cielo: un lado está un poco «más caliente» y el otro un poco «más frío», aproximadamente en una milésima. En el marco del modelo estándar esto suele explicarse de forma simple: nos movemos respecto al «sistema de referencia» de la radiación relicta y, por efecto Doppler, parece algo más caliente en la dirección del movimiento y más fría en la opuesta.

La cuestión clave es la siguiente: si este panorama es correcto y el universo es simétrico en promedio, un dipolo similar debería manifestarse también en la distribución de materia —por ejemplo, en cómo se reparten en el cielo las galaxias de radio muy lejanas y los cuásares. En 1984 los astrónomos George Ellis y John Baldwin propusieron una prueba: comparar el dipolo del fondo de microondas con el dipolo en la distribución de fuentes lejanas. Es importante usar objetos muy distantes para no confundir el efecto con agrupamientos locales cercanos a nosotros, que podrían producir una señal falsa.

En teoría, bajo la hipótesis FLRW la dirección y la magnitud del «dipolo material» deberían derivarse directamente de lo que observamos en el fondo de microondas. Una coincidencia reforzaría el modelo estándar. Una discrepancia significaría que el problema es más profundo: no se trataría de detalles de ΛCDM, sino de la propia descripción simétrica del universo.

Los autores afirman que esto es precisamente lo que ocurre: según los datos, el universo «suspende» la prueba de Ellis–Baldwin. Las direcciones de los dipolos coinciden en términos generales, pero las magnitudes no: la anisotropía en la distribución de materia resulta ser mayor de lo que debería ser si todo se explicara solo por nuestro movimiento y por la imagen simétrica estándar. Además, resultados similares se obtienen con distintos enfoques observacionales, tanto con radiotelescopios terrestres como con satélites que observan en el infrarrojo medio. Dado que las fuentes de errores sistemáticos en esas observaciones varían mucho, los autores consideran esta conclusión recurrente una señal preocupante y no un error aleatorio.

¿Por qué se habla menos de esta anomalía que de la «tensión de Hubble»? Según los investigadores, la razón es que resulta difícil «parcharla» con correcciones cosméticas. Si la discrepancia es real, no basta con ajustar los parámetros de ΛCDM: habrá que revisar la propia base, es decir, la descripción FLRW sobre la que se sostiene la imagen habitual del universo.

En los próximos años la cosmología recibirá una avalancha de nuevos datos procedentes de misiones y telescopios de próxima generación —en el texto se mencionan los satélites Euclid y SPHEREx, así como el observatorio Vera Rubin y el radiointerferómetro Square Kilometre Array. Los autores admiten que este flujo de observaciones ayudará bien a disipar definitivamente la anomalía, o bien —si se confirma— a impulsar a los físicos a crear un nuevo modelo cosmológico. Como una de las herramientas, mencionan por separado los métodos de aprendizaje automático, que se emplean cada vez más para analizar conjuntos enormes de datos astronómicos.