El Supervacío de Eridanus Podría Explicar el Punto Frío Anómalo del Fondo Cósmico de Microondas

Por: William Brown, Biofísico de Resonance Science Foundation

Se puede obtener mucha información sobre la naturaleza a gran escala del universo a partir del análisis detallado de su omnipresente campo electromagnético térmico, llamado fondo cósmico de microondas (CMB). Por ejemplo, el análisis de las fluctuaciones suprimidas a grandes longitudes de onda revela una geometría cerrada del universo, una geometría de tipo toroide, tal como describimos en el artículo de RSF :Una nueva firma de un universo multi-conectado (A New Signature of a Multiply Connected Universe) [1].

_{Las inhomogeneidades atribuidas a las fluctuaciones cuánticas durante el periodo inflacionario se amplifican a través de la estructura universal a gran escala, y cuando la inflación termina, se convierten en fluctuaciones de densidad y causan las diferencias de temperatura observadas en el CMB. Se trata de una señal intrigante de estudiar porque revela una época en la que la estructura atomística y la cosmológica eran la misma, y los comportamientos cuánticos que tipifican la naturaleza evolucionan hacia características estructurales a gran escala del universo. (Crédito: E. Siegel; ESA/Planck y DOE/NASA/NSF Interagency Task Force on CMB research).}

El modelo estándar de la cosmología del Big Bang inflacionario sostiene que el universo es homogéneo (igual en todos los lugares) e isotrópico (igual en todas las direcciones), por lo que resulta apasionante considerar los numerosos ejemplos que violan este precepto, ya que revelan propiedades de la estructura y el comportamiento a gran escala del universo:

Durante mucho tiempo se ha presumido que el universo es homogéneo e isótropo... sin ningún eje u orientación identificable. De hecho, esto se conoce como el principio cosmológico. Sin embargo, una de las mentes más brillantes del siglo XX, Kurt Gödel, proporcionó una solución exacta de las ecuaciones de campo de Einstein que describía un universo en rotación... En acontecimientos más recientes, ha habido varios descubrimientos que sugieren que el universo no es, de hecho, totalmente homogéneo e isotrópico. Tales ejemplos provienen del llamado eje del mal identificado durante un análisis de la radiación de fondo de microondas, el flujo oscuro, el informe de Shamir sobre el Sloan Digital Sky Survey que muestra que las galaxias que giran hacia la izquierda eran mucho más comunes que las galaxias que lo hacen hacia la derecha; así como la cartografía estructural como la Gran Muralla BOSS y Laniakea. William Brown, El universo en rotación, 2020. [2]

El CMB es la fuente de luz más antigua del universo, y por ello nos permite hacer muchas inferencias sobre el estado actual del universo extrapolando la señal de estructura y fluctuación de densidad de la radiación del CMB. En su mayor parte, los datos del CMB concuerdan con el modelo inflacionario del Big Bang caliente y con el principio cosmológico de homogeneidad; sin embargo, una fuente de datos ha permanecido en gran medida anómala (sin explicación) hasta hace poco, y es el gran punto frío del CMB: un volumen significativamente grande del universo que está a unos 70 microkelvin por debajo de la temperatura media de la radiación de fondo universal. La frialdad en su centro no es necesariamente la característica más anómala del punto frío, sino más bien la combinación de un interior frío y un anillo caliente circundante, lo que ha dado lugar a un intenso debate sobre la naturaleza de la enigmática inhomogeneidad del CMB.

_{El mapa de temperatura del CMB de Planck (Planck Collaboration 2018) en el que se destaca el anómalo Punto Frío, inusual no solo por su frialdad y su extensión, sino por el hecho de que está rodeado de una región caliente por todos lados. Una nueva investigación sugiere que esta enigmática característica podría explicarse por un supervacío cercano en la constelación de Eridanus. (Crédito: A. Kovács et al., 2021, MNRAS)}

Una explicación intrigante del punto frío del CMB es que este es una prueba de la interacción con un universo paralelo, no el tipo de universo paralelo de la interpretación de muchos mundos de la mecánica cuántica, sino el tipo que se predice que ocurre en el modelo de inflación eterna del universo primitivo, en el que la inflación puede detenerse en regiones localizadas, como nuestro universo, pero continúa indefinidamente en escalas más grandes generando un multiverso. Como una olla de agua en ebullición, en la que las burbujas son universos paralelos que surgen continuamente, y de vez en cuando dos burbujas adyacentes pueden chocar entre sí. Una interacción de este tipo podría dar lugar a una fluctuación anómala de la densidad en los datos del CMB, como la que se observa en el punto frío.

Ahora, un equipo de investigadores que ha realizado un análisis detallado de las galaxias luminosas desplazadas hacia el rojo del Dark Energy Survey, ha encontrado una correlación entre la ubicación del punto frío del CMB y un vacío de aproximadamente 1.000 millones de años luz de diámetro en la red cósmica, denominado supervacío de Eridanus [3]. Debido a que la luz primordial de la superficie de última dispersión puede desplazarse gravitacionalmente hacia el rojo como resultado de la continua expansión del universo después de la primera emisión del CMB -conocido como el efecto integrado Sachs-Wolfe- las regiones poco densas del universo pueden dar lugar a una temperatura aparentemente más baja a la radiación de fondo universal en lugares donde domina la energía oscura, como en los supervacíos.

_{Un punto caliente, un punto frío o una región de temperatura media en el CMB corresponde a una región poco densa, sobredensa o de densidad media, respectivamente, cuando se emitió la primera luz primordial tras la época de los fotones: justo 380.000 años después del Big Bang. Esto es una consecuencia del efecto Sachs-Wolfe. (Crédito: E. Siegel/Beyond the Galaxy)}

Aunque el potencial gravitatorio en declive (Φ) de un supervacío sólo producirá, en el mejor de los casos, una fracción de cualquier depresión de la temperatura observada en el CMB a través del efecto Sachs-Wolfe integrado de última hora, el supervacío de Eridanus es posiblemente la mayor infradensidad que existe desde la época dominada por la energía oscura, por lo que la correlación puede ser significativa. Sin embargo, en este momento sigue siendo sólo una hipótesis intrigante, y no puede verificarse hasta que se recojan más datos, lo que se espera que ocurra con la misión Euclides de la ESA, cuyo lanzamiento está previsto para el próximo año, en 2023, como la misión declarada de "cartografiar la geometría del Universo y comprender mejor la misteriosa materia oscura y la energía oscura, que constituyen la mayor parte del presupuesto energético del cosmos". La misión investigará la relación distancia-desplazamiento hacia el rojo y la evolución de las estructuras cósmicas midiendo las formas y los desplazamientos hacia el rojo de las galaxias y los cúmulos de galaxias hasta un desplazamiento hacia el rojo de ~2, o lo que es lo mismo, hasta un tiempo de retrospección de 10.000 millones de años. De este modo, Euclides cubrirá todo el período en el que la energía oscura desempeñó un papel importante en la aceleración de la expansión del Universo".

Referencias

[1] William Brown, “The Rotating Universe.” https://www.resonancescience.org/blog/The-Rotating-Universe (accessed Feb. 08, 2022).

[2] William Brown, “A New Signature of a Multiply Connected Universe.” https://www.resonancescience.org/blog?page=2 (accessed Feb. 08, 2022).

[3] A. Kovács et al., “The DES view of the Eridanus supervoid and the CMB Cold Spot,” Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, vol. 510, no. 1, pp. 216–229, Dec. 2021, doi: 10.1093/mnras/stab3309.