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Cosmología de precisión: ¿una puerta a nuevas teorías físicas?

21 de Enero de 2014 a las 13:49 h

El mapa de temperatura del fondo cósmico de microondasobtenido por el satélite Planck de la Agencia Espacial Europea(ESA) nos ha permitido medir una gran cantidad de parámetros cosmológicos con una precisión sin precedentes. Ahorasabemos que el universo tiene una edad de 13798 millones deaños (con una desviación de ± 37 millones de años), que elespacio (las secciones espaciales del espacio-tiempo) es planocon una alta precisión. En este campo de la cosmología teóricay sus posibles implicaciones observacionales trabaja el grupode Cosmología de la Universidad Complutense formado porAntonio López Maroto, José Alberto Ruiz Cembranos yÁlvaro de la Cruz Dombriz 

El fondo cósmico de microondas estudiado por elsatélite Planck no es más que la radiación presente en los primeros instantes de vida del universo, cuando éste se encontraba en una fase de temperaturay densidad muy altas, y que debido a laexpansión, se ha enfriado hasta una temperatura que hoy en día es de unos 270 grados centígrados bajo cero. Los diversos fenómenos ocurridos a lo largo de la historia cosmológica han ido dejando huellas en el fondo de microondas, por lo que desentrañarsus propiedades nos ha proporcionado unainformación muy valiosa sobre el origen, contenido y evolución del universo desde el Big Bang hasta elmomento actual.La nueva era de la Cosmología de precisión comenzóde hecho a principios de los años 90 con losprimeros resultados del satélite COBE (NASA, 1989) y el descubrimiento de diminutas fluctuaciones enla temperatura del fondo cósmico de microondas, que fueron posteriormente confirmadas por el satélite WMAP (NASA, 2001). Tan sólo unos años antesdel lanzamiento de WMAP, en 1998, la posibilidadde medir con gran precisión la distancia a supernovas muy lejanas (ver Fig. 2) dio lugar a uno del tanta información sobre el universo a gran escala, también plantean enormes desafíos a nuestra comprensión de las leyes fundamentales que rigen la dinámica cosmológica. Así, la Teoría de la Relatividad General de Einstein que es la teoría que describela interacción gravitacional y en la que se basa el Modelo Cosmológico Estándar, predice que el espaciodebería curvarse con el tiempo y por tanto ununiverso tan viejo como el nuestro no podría sertan plano. Por otra parte, las pequeñísimas fluctuacionesen el fondo cósmico de microondas indicanque los protones y neutrones no habríantenido tiempo de colapsar para formarestructuras como galaxias, estrellas oplanetas. Finalmente, el hecho de quelas galaxias se alejen unas de otras deforma cada vez más rápida parece estaren contradicción con el carácter atractivode la interacción gravitatoria que tenderíaa frenar la expansión. Estos problemasdel modelo estándar han llevadoa proponer nuevas teorías como las dela inflación cosmológica, y a postularla existencia de nuevas componentes en el universo como son la materia y la energía oscuras, cuya naturaleza hoyen día desconocemos. En los últimos años se ha desarrolladouna intensa actividad tanto teóricacomo observacional cuyo objetivo esprecisamente entender qué son estasnuevas componentes oscuras. Esta líneade investigación constituye uno de loscampos más interesantes en los que secentran los trabajos de investigacióndel grupo del profesor López Maroto,encuadrado en el Departamento deFísica Teórica I de la Facultad deCiencias Físicas. En particular el grupo trabaja enlas llamadas teorías de gravedad modificada, es decir, la posibilidad de que los problemas mencionadospudieran estar indicando fallos de la teoríade Relatividad General a escalas cosmológicas. El grupo de Cosmología de la Universidad Com os descubrimientos más importantes del siglo XX, el de la expansión acelerada del universo, que fue galardonado con el premio Nobel de Física delaño 2011. Sin embargo, estos mismos datos que han aportado plutense también explora la posibilidad de detecciónindirecta de materia oscura a través de la producciónde rayos gamma de alta energía, neutrinosu otras partículas generadas en la aniquilación demateria oscura en los halos o centros galácticos.Por otra parte, este grupo forma parte del proyectoMultidark http://projects.ift.uam-csic.es/multidark/una colaboración formada por 11 grupos teóricos,experimentales yastrof ísicos coninvest igadorespertenecientes a18 universidadese institutos de investigaciónespañolesy extranjeros,cuyo principalobjetivo es el de contribuir de manera significativaa los esfuerzos internacionales para identificar ydetectar la materia oscura. Este mismo año, la colaboración Planck tiene previstopublicar los resultados de polarización delfondo cósmico de microondas. Estos datos podrían proporcionar la primera evidencia de la existenciade ondas gravitacionales. Además, numerosos experimentos en fase de construcción como J-PAS,PAU, DESI o EUCLID aportarán en los próximos añosdatos aún más precisos sobre la distribución de materiaa gran escala, lo que podría abrir una puertapara entender cuáles son las leyes que realmente rigen la evolución del universo. 

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