La teoría de Einstein rechaza a quienes la desafían

Dos equipos diferentes han utilizado observaciones de Chandra de cúmulos de galaxias para estudiar las propiedades de la gravedad a escalas cósmicas y poner a prueba la Teoría de la Relatividad General. Tales estudios son cruciales para la comprensión de la evolución del Universo, tanto del pasado como del futuro, y para estudiar la naturaleza de la energía oscura, uno de los más grandes misterios científicos.

Imagen compuesta del cúmulo "Abell 3376".

Esta imagen compuesta del cúmulo de galaxias Abell 3376 muestra los datos de rayos-X del observatorio Chandra y del telescopio ROSAT en dorado, una imagen óptica del "Estudio Digitalizado del Cielo" (Digitized Sky Survey, DSS) en rojo, verde y azul, y una imagen en radio del VLA en azul. La apariencia alargada a modo de bala de los datos de rayos-X está causada por un proceso de fusión, a medida que el material fluye hacia la galaxia por la derecha. Los arcos de radio en el lado izquierdo de la imagen pueden ser causados por ondas de choque generadas por dicho proceso de fusión.

El crecimiento de los cúmulos de galaxias como Abell 3376 está influenciado por el coeficiente de expansión del Universo -controlado por los efectos contrapuestos de la materia oscura y la energía oscura- y por las propiedades de la gravedad a escalas cósmicas. En cambio, las observaciones de supernovas o de la distribución a gran escala de las galaxias, que determinan distancias cósmicas, dependen solamente del coeficiente de expansión del Universo y no de las propiedades de la gravedad a escalas cósmicas.

En el primero de los nuevos estudios de la gravedad, se probó una alternativa a la Relatividad General llamada "gravedad f(R)". En esta teoría, la aceleración de la expansión del Universo no proviene de una forma exótica de energía, sino de una modificación de la fuerza gravitatoria. Las estimaciones de la masa de los cúmulos de galaxias en el universo local fueron comparadas con las predicciones realizadas por la teoría f(R). Datos de estudios geométricos, como los trabajos con supernovas, también fueron usados. Usando estas comparaciones entre teoría y observaciones, no se encontró ninguna evidencia de que la gravedad es diferente de la Relatividad General a escalas mayores de 130 millones de años luz. Este límite mejora en 100 veces los límites del rango de la fuerza gravitatoria modificada sin usar datos de cúmulos de galaxias.

En el segundo estudio, se hizo una comparación entre observaciones de rayos-X del crecimiento de los cúmulos de galaxias en función del tiempo cósmico y las predicciones de la relatividad general. De nuevo, se incorporaron los datos de estudios geométricos como las distancias a supernovas y los cúmulos de galaxias. Se observó una concordancia casi perfecta entre las observaciones y la teoría, en contra de cualquier modelo de gravedad alternativa con una tasa de crecimiento diferente. En concreto, la teoría "DGP" (llamada así por sus creadores Gia Dvali, Gregory Gabadadze, y Massimo Porrati), predice una tasa de crecimiento de los cúmulos más lenta que la predicha por la Relatividad General, porque la gravedad se debilita a escalas cósmicas al introducir una dimensión extra. Como la gravedad f(R), el modelo DGP está diseñado para evitar la necesidad de una forma exótica de energía que provoque la aceleración cósmica.

Las observaciones de cúmulos de galaxias de Chandra han sido usadas anteriormente para demostrar que la energía oscura ha contenido el crecimiento de estas estructuras masivas durante los pasados 5.000 millones de años, y proporciona una evidencia independiente de la existencia de la energía oscura al ofrecer una forma diferente de medir distancias cósmicas.

El siguiente video es una simulación del crecimiento de las estructuras.



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