¿Habrá un Big Crunch? El Universo parará su expansión y colapsará sobre sí mismo

27/03/2015

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Un nuevo modelo cosmológico parece resolver el problema de la gran diferencia entre la energía del vacío calculada y la constante cosmológica observada.

Una nueva propuesta de Nemanja Kaloper (UCDavis) y colaboradores sugiere que el Universo no se expandirá indefinidamente a un ritmo cada vez mayor, sino que el Universo parará su expansión y colapsará sobre sí mismo en unas pocas decenas de miles de millones de años, un plazo de tiempo corto desde el punto de vista cosmológico.

Cuando sólo se tenía en cuenta la materia que contiene el Universo saber su destino era relativamente fácil. Si había suficiente materia, el Universo pararía su expansión y colapsaría sobre sí mismo. Si no era así, el Universo se expandiría a un ritmo cada vez más lento.

El descubrimiento de la energía oscura en los años noventa del pasado siglo vino a cambiar todo eso. Esta energía llena todo el espacio y actúa como una presión negativa que tiende a expandir el espacio a un ritmo cada vez mayor.

Bajo está perspectiva todas las galaxias fuera del grupo local desaparecerán del horizonte observacional, las pruebas del Big Bang serán borradas y el Universo se convertirá en un Universo de De Sitter aburrido con Lactómeda en su centro. Será un Universo vacío, triste y diluido.

La manera favorita de explicar la energía oscura es como una energía del vacío. Una energía del propio espacio. Como la expansión va creando espacio, la contribución de esta energía es cada vez mayor y de ahí la aceleración en la expansión.

Esta energía del vacío se puede tomar desde el punto de vista cosmológico como una constante cosmológica. Este es un término que se añade a las ecuaciones de Einstein. Término que introdujo el propio Einstein en su día cuando se creía que el Universo era estático para así compensar el universo dinámico que predecían sus ecuaciones. La leyenda cuenta que el famoso científico dijo que la constante cosmológica fue uno de sus mayores errores.

Este término se puede añadir o no de manera natural a las ecuaciones y no es necesario usarlo cuando se estudian problemas gravitatorios no cosmológicos.

Como la constante es un constante en el espacio y el tiempo es natural pensar que puede ser equivalente a la energía del vacío. Pero hay un problema en este asunto. La energía del vacío calculada a partir de las fluctuaciones cuánticas difiere en 120 órdenes de magnitud del valor de la constante cosmológica. A lo largo del tiempo se ha tratado de sintonizar parámetros para "esconder bajo la alfombra" o cancelar casi toda esa energía del vacío y que todo encaje, pero sin demasiado éxito.

Es aquí en donde entra el trabajo de Kaloper. Este investigador y Antonio Padilla (University of Nottingham) introducen una pequeña modificación en la constante cosmológica, de tal modo que es tomada como un promedio temporal de la densidad de materia en el Universo. Esto predice una constante cosmológica pequeña y un colapso del Universo. Además, se cancela la energía del vacío de manera efectiva sin llegar a soluciones inestables.

El mecanismo secuestra de la gravedad toda la energía del vacío del sector de materia, incluyendo correcciones tipo "loop" y construye todas las contribuciones desde las transiciones de fase automáticamente pequeñas.

La idea es tomar los parámetros dimensionales en el funcional del sector de la materia. El universo entonces debe ser finito en el espacio-tiempo y, si se considera el Modelo Estándar de partículas, el mecanismo propuesto evita que la energía del vacío (sea clásica o cuántica) alimente la curvatura del Universo.

Según los autores, el mecanismo propuesto es consistente con la gran jerarquía que hay entre la escala de Planck, la escala electrobébil, la escala de curvatura y la cosmología temprana del Universo incluyendo la inflación. El resultado es que la curvatura del vacío de un universo grande y viejo es no nula, pero muy pequeña y transitoria, como lo que observamos en la actualidad.

Esta nueva constante cosmológica pequeña se anulará en el futuro y cambiará de signo, por lo que el Universo empezará a contraerse en algún momento, al final el Universo colapsará en un Big Crunch. El posible rebote dependerá de lo que diga una posible teoría cuántica de la gravedad.

Los autores creen que su propuesta pueda ser comprobable observacionalmente en el futuro.