Francis en Universo de Misterios: Energía oscura y modelos cosmológicos alternativos

He participado en el programa Universo de Misterios (@UdeMisterios), «1352 – Cosmología con Francis Villatoro: sobre la Energía Oscura y su relación con los modelos cosmologicos», Universo de Misterios, 24 ene 2025 (01:35:49) [iVoox, Amazon Music]. El programa es presentado por José Rafael Gómez (Cartajima, Málaga). La idea del programa ha sido comentar dos artículos recientes, uno sobre la cosmología del paisaje temporal, que propone explicar la aceleración de la expansión cósmica usando un modelo cosmológico inhomogéneo, y el segundo sobre el estudio de una posible correlación entre la energía oscura y el parámetro S₈ que describe la «grumosidad» de la distribución de galaxias.

Descargar el episodio 1352 en iVoox.

El primer tema que comentamos es la cosmología del paisaje temporal (timescape cosmology) del neozelandés David L Wiltshire, que ha sido noticia reciente gracias a sus dos artículos Zachary G Lane, Antonia Seifert, …, David L Wiltshire, «Cosmological foundations revisited with Pantheon+,» MNRAS 536: 1752-1777 (19 Dec 2024), doi: https://doi.org/10.1093/mnras/stae2437); y Antonia Seifert, Zachary G Lane, …, David L Wiltshire, «Supernovae evidence for foundational change to cosmological models,» MNRAS Letters 537: L55-L60 (19 Dec 2024), doi: https://doi.org/10.1093/mnrasl/slae112). Esta cosmología inhomogénea nació con el nombre de cosmología de la burbuja fractal (fractal bubble cosmology) en 2007; se llama cosmología inhomogénea (o cosmología reciente, o late-time cosmology) a la que considera los efectos cosmológicos de las inhomogeneidades astrofísicas (como si fueran cosmológicas). Wiltshire considera las inhomogeneidades asociadas a la fracción de vacío f_V en la web cósmica (la estructura en forma de espuma de la distribución de materia en el universo, que presenta grandes vacíos (o subdensidades) separados entre sí por sobredensidades, donde se encuentran las galaxias y los supercúmulos galácticos).

Esta nueva propuesta tiene muchos problemas, pues los datos cosmológicos la refutan. Para luchar contra ello, Wiltshire propone que las distancias a las supernovas Ia están mal calculadas porque usan la cosmología ΛCDM. Su propuesta es que para cada dirección del espacio y para cada momento (desplazamiento al rojo) se debe determinar la relación entre distancia y curva de luminosidad de las supernovas Ia para que su cosmología inhomogénea ajuste mejor que ΛCDM a los datos de supernova Ia. Como es obvio, esto es inviable (cuatro parámetros libres (α, β, x₁, y c) por cada dirección espacial y cada desplazamiento al rojo conducen a más parámetros libres que supernovas Ia disponibles); su solución es usar un muestreo limitado y una técnica de ajuste muy simplificada (en los dos artículos anteriores se usan dos variantes de este técnica, siendo la del segundo artículo mucho mejor que la del primer artículo según los propios autores). El resultado, como es de esperar, es que sus ajustes con un mínimo de 11 parámetros (6 del ΛCDM, 1 de la fracción de vacío y 4 para una dirección espacial y momento cósmico) son mejores que los del modelo ΛCDM con solo 6 parámetros (lo mismo ocurre cuando considera 15 parámetros para dos direcciones espaciales). Pero sus ajustes torturan los datos y no se consideran aceptables por (casi) todos los cosmólogos. Así que su teoría es irrelevante (a pesar del eco mediático que ha recibido).

Por cierto, en su teoría se usa la constante cosmológica, a pesar de lo que se afirma en algunas noticias (de las que se ha hecho eco José Rafael). Pero se afirma que no es la energía oscura responsable de la aceleración de la expansión cósmica (como se interpreta en el modelo ΛCDM). El origen de la aceleración cósmica sería la fracción de vacío f_V. Por desgracia para Wiltshire, su estimación de la densidad de masa Ωₘ₀ es insuficiente para eliminar la constante cosmológica Λ (que es la densidad de energía necesaria para completar la densidad de energía crítica usando la densidad de masa). En el ΛCDM la constante cosmológica es la energía oscura; pero en el modelo de Wiltshire no hay energía oscura, solo hay constante cosmológica Λ y fracción de de vacío f_V. Como destaca José Rafael en el podcast, para cualquiera con dos dedos de frente, en el modelo de Wiltshire hay energía oscura porque hay constante cosmológica Λ, solo que hay menos que en el modelo ΛCDM.

El segundo tema es el artículo de Shi-Fan Chen, Mikhail M. Ivanov, …, Lukas Wenzl, «Suppression without Thawing: Constraining Structure Formation and Dark Energy with Galaxy Clustering,» Phys. Rev. Lett. 133: 231001 (06 Dec 2024), doi: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.133.231001. Propone buscar en los datos de BOSS una correlación entre dos anomalías a pocas sigmas con respecto al modelo ΛCDM. Por un lado, la energía oscura dependiente del tiempo preferida por DESI BAO (en el marco del modelo ω₀ωₐCDM que tiene 8 parámetros cosmológicos en lugar de 6). Y por otro lado, el valor de