La Relatividad también es válida a escala cósmica

El análisis de más de 70.000 galaxias realizado por físicos de la Universidad de California en Berkeley, de la Universidad de Zurich y de la Princeton University de Estados Unidos ha demostrado que el universo, al menos hasta una distancia de tres mil millones y medio de años luz de la Tierra, funciona según las leyes de la Teoría de la Relatividad de Albert Einstein.

Tal y como explica la Universidad de Berkeley en un comunicado, a partir de la cantidad de agrupaciones galácticas que han podido observarse es posible conocer el modo en que la gravedad ha actuado a lo largo del tiempo en el cosmos, y también probar si la relatividad general funciona a estas escalas.

Además de las agrupaciones galácticas, los científicos analizaron las velocidades y deformaciones que las galaxias han sufrido con el tiempo, concluyendo que la teoría de Einstein explicaría mejor el universo cercano que otras teorías alternativas sobre la gravedad.

Para estudiar el universo, los investigadores utilizaron información de el experimento Sloan Digital Sky Survey (SDSS), que es una gran inspección del espacio mediante imágenes ópticas y de corrimiento al rojo, realizada por un potente telescopio situado en el observatorio Apache Point de Nuevo México. Este proyecto está elaborando el mapa de una cuarta parte del cielo visible.

Sí existe la materia oscura

Una de las principales implicaciones de los resultados obtenidos es que la existencia de la llamada materia oscura resultaría ser la explicación más posible del movimiento de las agrupaciones de galaxias y de las galaxias en sí.

Los científicos explican que, ciertamente, según se puede deducir de las observaciones, parece que estas agrupaciones y galaxias se movieran por influencia de una masa invisible, además de por la influencia gravitacional de las estrellas estudiadas.

Esa “masa invisible” sería la materia oscura, una materia hasta ahora hipotética y de composición desconocida porque no emite suficiente radiación electromagnética para ser observada directamente con los medios técnicos actuales, pero cuya existencia ha sido inferida a partir de los efectos gravitacionales que causa en la materia visible, como ha ocurrido en este caso.

Según los investigadores, aquellas teorías sobre la gravedad que no contemplan la existencia de materia oscura fallan a la hora de predecir los datos derivados de las observaciones reales. Es el caso, por ejemplo, de la teoría TeVes.

Fluctuaciones y gravedad

Según la Teoría General de la Relatividad de Einstein, la gravedad (atracción universal) distorsiona el espacio y el tiempo, lo que supone que la luz también se flexione al pasar cerca de un objeto masivo, como el núcleo de una galaxia. Esta teoría ha sido validada muchas veces a escala del sistema solar, pero las pruebas realizadas hasta el momento a escala galáctica o cósmica no habían sido concluyentes.

Dichas pruebas han cobrado importancia en las últimas décadas por el deseo de encontrar esa “masa oscura” e invisible que parece inundar el universo y que tanto inquieta a los físicos teóricos.

La incapacidad para constatar la existencia de la materia oscura también ha llevado a algunos estudiosos a crear teorías alternativas a la de la relatividad, para intentar “librarse” de la necesidad de que exista esta materia en la explicación de la expansión del universo.

Los investigadores de la Universidad de California en Berkeley, señalan que tratar de establecer qué teoría puede ser la que lleve la razón no resulta sencillo.

Según Uros Seljak, uno de los responsables del presente estudio, los experimentos cosmológicos, como las detecciones de radiación de fondo de microondas (forma de radiación electromagnética que llena el universo por completo), incluyen mediciones de fluctuaciones en el espacio, mientras que las teorías sobre la gravedad predicen las relaciones entre la densidad y la velocidad o entre la densidad y el potencial gravitatorio.

Por eso, el problema de estos experimentos es que sus mediciones del tamaño de dichas fluctuaciones no ayudan a comprobar las teorías cosmológicas sobre la gravedad.

Combinación de observaciones

Los investigadores emplearon una técnica diferente de mediciones, para tratar de aclarar la veracidad de dichas teorías. Se trata de una combinación particular de observaciones que no depende de la magnitud de las fluctuaciones en el espacio.

La nueva técnica está basada en mediciones de la cantidad de agrupaciones de las galaxias observadas y de la cantidad de deformación de dichas galaxias ocasionada por la inflexión de la luz, cuando ésta pasa a través de la materia. Este fenómeno puede hacer que una galaxia redonda parezca elíptica, por ejemplo.

Según Seljak, las mediciones obtenidas resultaron proporcionales a la densidad media del universo e inversamente proporcionales a la tasa de crecimiento de la estructura en el universo. Con la combinación de datos, los científicos pudieron prescindir de la amplitud de las fluctuaciones antes mencionadas, y centrase directamente en la información relacionada con la relatividad general.

Usando información de más de 70.000 galaxias rojas, brillantes y distantes, tomada del Sloan Digital Sky Survey, los científicos pudieron comparar los resultados obtenidos con las predicciones de teorías que niegan la existencia de materia oscura y también con las predicciones de la teoría general de la relatividad.

Así, comprobaron que las predicciones de las teorías alternativas excedían los límites de error, mientras que las de la teoría de la relatividad se mantenían dentro de dichos límites.

Los científicos pretenden extender sus análisis a un millón de galaxias cuando, dentro de unos cinco años, esté listo el experimento SDSS-III's Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS), con el que se pretende comprender la aceleración de la expansión del universo y, más adelante, con el experimento BigBoss, aún más ambicioso.

Asimismo, futuras misiones espaciales proporcionarán nuevos datos para análisis más profundos, quizá en una década. Los resultados obtenidos por Uros Seljak y sus colaboradores han sido publicados por la revista Nature.