El lado más oscuro y bello del universo
Nuestra comprensión del universo en el siglo XX experimentó un salto inimaginable para cualquier generación anterior. Aprendimos a medir a qué distancia están las estrellas y otros objetos celestes que parecían simples nubecillas y descubrimos que vivimos en una isla de estrellas, nuestra galaxia (Vía Láctea), dentro de un abismal océano plagado de múltiples archipiélagos y territorios fascinantes.
Gracias a la interpretación geométrica de la gravedad propuesta por Albert Einstein, conseguimos describir ese océano como un objeto matemático (la geometría del espacio-tiempo) cambiante y en expansión. Al entender que esa expansión depende del contenido de materia y energía, se iniciaron estudios detallados para cartografiar el universo y sus componentes, alcanzando de esta manera una visión muy completa de su estado actual y de su posible origen.
Sin embargo, cuando todo parecía estar bastante claro, se observó que el ritmo de expansión del espacio-tiempo en épocas cercanas a la actual no era el esperado. La expansión, lejos de frenarse debido a la atracción gravitatoria entre galaxias y cúmulos de galaxias, parecía que se aceleraba. Esto está en claro conflicto con nuestra visión de la gravedad en nuestro día a día, donde vemos que los cuerpos caen al suelo y los planetas orbitan alrededor del sol como si sobre ellos actuara una fuerza atractiva. La aceleración del ritmo de expansión del universo en su conjunto indica que la gravedad a escalas cósmicas puede manifestar efectos repulsivos, lo cual requiere una explicación. Y la respuesta a esa cuestión vale más de un millón de dólares.
Por todas estas razones, necesitamos hacer mejoras en la teoría de Einstein, modificarla, cambiar algunos elementos (¡o quizás todos!), convertirla en cuántica, conseguir una nueva teoría de la gravitación que sea matemáticamente más robusta y experimentalmente compatible con las observaciones del mundo microscópico y del universo a gran escala.
Pero no sólo hay cuestiones abiertas a escalas cósmicas, tampoco entendemos bien cómo se forman las galaxias, por qué las estrellas se mueven en ellas como lo hacen, o por qué ciertos tipos de galaxias no aparecen con la frecuencia que esperaríamos.
Incluso mirando con más detalle su composición, ni siquiera estamos seguros de que los objetos monstruosos que habitan en las partes más internas de muchas galaxias sean realmente agujeros negros. Igualmente, las ondas gravitacionales observadas por la colisión de objetos compactos no nos permiten afirmar con rotundidad que han sido generadas por choques entre agujeros negros, pues otras alternativas aún son posibles dentro de los límites observacionales y de nuestras capacidades de interpretación teóricas.
Existen muchos misterios por resolver y hay muchos caminos y pistas posibles para desvelarlos. Así, los conceptos de materia y energía oscura se entrelazan con teorías modificadas de gravitación en una batalla intelectual entre equipos de investigadores de todo el mundo que buscan alcanzar una comprensión aún más refinada de este universo en el que nos ha tocado vivir. Aquí os contaremos una parte de esa historia con la mejor de nuestras intenciones. Y aunque nos equivoquemos en el intento ;-)
En el ámbito de la gravedad modificada, nuestro grupo de investigación trabaja en varias direcciones. Por una parte, estudiamos teorías basadas en geometrías más generales que la utilizada por Einstein, que es de tipo Riemanniano. En nuestro caso, consideramos geometrías de tipo métrico-afín (o de Palatini), en las que la estructura del espacio-tiempo viene descrita por una métrica que es, a priori, independiente de la conexión afín. También tenemos experiencia en combinar la teoría cuántica con la gravitación en espacios curvos y en el uso de supersimetrías y supergeometrías.