Universo absorbente: cómo la fusión de mundos explica la energía oscura sin constante cosmológica ✦
Se considera un modelo cosmológico en el que nuestro Universo, en las fases tardías de su evolución, absorbe universos «hijos». Este proceso explica la expansión exponencial observada sin necesidad de introducir una constante cosmológica. La ecuación de estado de la energía oscura adquiere una dependencia del corrimiento al rojo: el parámetro w(z) se convierte en función de z. Para valores suficientemente grandes de z, w(z) resulta ser menor que −1, lo que indica una naturaleza «fantasma». El modelo ofrece una alternativa dinámica natural a la energía oscura estática y puede ser comprobado mediante observaciones astronómicas. También predice que la densidad de energía oscura ha variado con el tiempo, lo que lo diferencia del modelo estándar ΛCDM.
Context
El modelo cosmológico estándar con materia oscura y energía oscura (ΛCDM) describe con éxito la estructura a gran escala del Universo, pero se topa con dos serias contradicciones. Primero, las mediciones locales de la constante de Hubble (ley de Edwin Hubble), realizadas por el grupo de Adam Riess, dan H₀ ≈ 72.6 km/s/Mpc, mientras que los datos del fondo cósmico de microondas del satélite Planck indican H₀ ≈ 67 km/s/Mpc — esta es la llamada «tensión de Hubble». En segundo lugar, el parámetro S₈, que caracteriza el agrupamiento de la materia, también diverge. Los últimos resultados del sondeo DESI sugieren que la ecuación de estado de la energía oscura w podría depender del corrimiento al rojo y tomar valores w < –1 a grandes z. Tal comportamiento es difícil de conciliar con una constante cosmológica invariable, lo que impulsa el desarrollo de modelos alternativos.
Methods
El punto de partida es una descripción minisuperespacial en el marco de la cosmología cuántica, donde la variable dinámica es el volumen espacial v(t) ∝ a³(t). En lugar del término estándar con la constante cosmológica Λ, se introduce en el hamiltoniano un término responsable de la absorción de «universos bebés» con intensidad g. La función f(p) en la ecuación de Friedmann generalizada se deduce de la condición de identidad de las funciones de onda de Hartle-Hawking (propuestas por Stephen Hawking) para todos los universos en colisión. El modelo no requiere Λ: la expansión exponencial surge de la fusión de mundos. El parámetro g se calibra con el valor local de H₀, y luego se calculan numéricamente H(z) y w(z), que se comparan con datos observacionales, incluyendo supernovas de tipo Ia de los conjuntos Pantheon+ y Union3.
Results
La dependencia calculada w_f(z) muestra un decrecimiento monótono desde –1.5 en z → ∞ hasta –1 en z → –1. Para H₀ = 72.6 km/s/Mpc, la curva obtenida se compara con w(z) reconstruida a partir de los datos de DESI. El χ² reducido es aproximadamente 4±0.4, lo que indica un acuerdo moderado: el modelo describe bien el comportamiento para z > 0.8, pero diverge de los datos a z pequeños. La inclusión de correcciones relacionadas con cambios en la topología del espacio-tiempo (descritas por un análogo de la constante de acoplamiento de cuerda G_s) permite mejorar la concordancia para z pequeños, aunque a costa de introducir un parámetro adicional. Por ejemplo, con G_s = –8 usando una aproximación de Padé, la curva w(z) se aproxima a la observada, pero empeora ligeramente la concordancia con los datos de H(z).
Implications
Si el mecanismo de absorción de universos se realiza en la naturaleza, esto cambia radicalmente nuestra comprensión de la energía oscura. Deja de ser una constante fundamental o una propiedad del vacío, y surge como un fenómeno efectivo debido a la interacción con el multiverso. Tal escenario concuerda con la idea de que nuestro Universo es solo uno entre muchos mundos, y permite explicar de forma natural por qué la densidad observada de energía oscura es tan pequeña (el problema de la constante cosmológica). Además, el modelo predice una evolución característica de w(z), que puede verificarse con futuros sondeos.
Future development
El desarrollo futuro del modelo debe incluir la consideración de la materia en el cálculo de la función de onda de Hartle-Hawking, lo que permitirá motivar físicamente la función de absorción ˜F(p). Es importante investigar la conexión con la teoría microscópica, por ejemplo, con la gravedad cuántica o la teoría de cuerdas, para derivar el valor efectivo de g a partir de primeros principios. También se requerirá una comparación más detallada con los datos de futuras misiones, como Euclid y el Telescopio Espacial Roman.
Impact
El modelo impacta en la cosmología del Universo temprano, la teoría de la gravedad y la interpretación de la expansión acelerada.
Next steps
Los próximos pasos incluyen un cálculo más preciso de correcciones de orden superior en G_s para mejorar la concordancia a z pequeños, así como un análisis conjunto con otros conjuntos de datos (por ejemplo, oscilaciones acústicas bariónicas). Es importante desarrollar métodos no perturbativos para sumar contribuciones topológicas.
Key open problems
El modelo está directamente relacionado con el problema de la constante cosmológica (¿por qué Λ es tan pequeña?), la tensión de Hubble y la cuestión fundamental del papel de los efectos cuánticos en cosmología. También resuena con la idea de la inflación y el nacimiento de universos a partir de la «nada» en el marco de la teoría del Big Bang.
🎯 La idea de los universos bebés se remonta a los trabajos de Stephen Hawking sobre cosmología cuántica, donde se consideraba el nacimiento de universos a partir del vacío. En el modelo propuesto, nuestro Universo literalmente se «alimenta» de otros mundos, aumentando su volumen.
🎬 La trama de universos que interactúan con el nuestro recuerda a la novela de Isaac Asimov «Los propios dioses», donde el contacto con un parauniverso altera las leyes físicas.
Key numbers
- H0: 72.6 km/s/Mpc (valor local utilizado)
- χ²_red: 4±0.4 (para el modelo base sin correcciones topológicas)
- S8: ≈ 0.76 (predicción del modelo)
- w0 (ajuste): -0.87 (parámetro de la ecuación de estado hoy)
- wa (ajuste): -0.70 (parámetro de evolución de w(z))