Cuando los dinosaurios tienen algo que decir: ¿tienen los problemas de la cosmología algo que ver con su extinción?

• Título del artículo original: Is the Hubble crisis connected with the extinction of dinosaurs?
• Autores/as: Leandros Perivolaropoulos
• Institución del autor: Department of Physics, University of Ioannina, GR-45110, Ioannina, Grecia
• Estado de la publicación: Publicada en arXiv

El modelo comúnmente aceptado de la cosmología a día de hoy, conocido como Λ-CDM (lambda-CDM), tiene algunos problemas a la hora de explicar ciertas observaciones. Para solucionarlos, muchas investigaciones proponen diversas modificaciones sobre el paradigma actual. El artículo de hoy nos permite pasear por una propuesta de lo más exótica y con unas consecuencias inesperadas: ¿y si la respuesta a uno de los problemas sin resolver de la cosmología moderna tuviera que ver con la extinción de los dinosaurios?

Crisis en la cosmología: la tensión H₀

 En años 20 del siglo pasado, primero George Lemaître (en 1927) y a continuación Edwin Hubble (en 1929) propusieron de modo independiente que el Universo se  expandía. Lemaître, sacerdote y padre de la teoría del Big Bang, demostró teóricamente lo que posteriormente Hubble observó: que la mayoría de objetos extragalácticos se alejaban de nosotros a una velocidad proporcional a su distancia. Esto dio lugar a la conocida ley de Hubble-Lemaître. A la constante de proporcionalidad que relacionaba ambos observables se la llama, aún a día de hoy, constante de Hubble o H₀.

 A lo largo de las últimas décadas se ha hecho un gran esfuerzo observacional para medir el valor de H₀ con gran precisión. Sin embargo, lejos de obtener una respuesta satisfactoria, esto ha llevado a la conocida como tensión de Hubble o tensión H₀, que hace referencia a que el valor obtenido para esta constante depende de modo irreconciliable de la forma de medirla (tras diversos estudios en que se han ido reduciendo los errores progresivamente, los últimos resultados obtenidos usando el método de las estrellas cefeidas para distancias menores a ~43 Mpc son de H₀=73.2±1.3 km/s/Mpc, mientras que estudiando las anisotropías del fondo cósmico de microondas o CMB llegan a H₀=67.4±0.5 km/s/Mpc). La inconsistencia de ambos resultados nos hace pensar que al menos una de las hipótesis de nuestro modelo debe ser incorrecta. De forma implícita, todas las misiones han asumido que ambos métodos (cefeidas y CMB) son correctos y válidos, así como que la calibración de las cefeidas, hecha a partir de la luminosidad constante de supernovas de tipo Ia (SNe Ia), es válida para distancias mayores, pero ¿y si no fuera así?

¿Tienen las constantes siempre el mismo valor?

Hasta ahora hemos asumido que la física que conocemos es siempre válida y existen una serie de parámetros cuyo valor no cambia con el tiempo. Sin embargo, podríamos probar otras teorías. Por ejemplo, un crecimiento del 10% de la constante de gravitación universal, G, hace entre 50 y 150 millones de años, desde un valor menor hasta el valor actual, provocaría un aumento de 0.2 magnitudes en la magnitud absoluta de las SNe Ia. Esto se traduciría en un cambio del valor de H₀ medido por el método de las cefeidas ¡que haría que las medidas obtenidas con ambos métodos fueran consistentes! Esto resulta muy especulativo y difícil de probar, pero quizás quede algún rayo de esperanza. Veamos algunas de las consecuencias que este cambio tendría. 

Las consecuencias de un cambio brusco en la constante de gravitación universal

Una transición en el valor de la constante de gravitación universal no solo podría resolver la tensión de Hubble, sino que tendría otros efectos. Por ejemplo, la temperatura de la Tierra varía como 𝑇_Earth ∼ G^2.25M_Sol^1.75, donde M_Sol es la masa del Sol, de modo que un cambio en G debería verse reflejado en el clima de nuestro planeta. 

Figura 1: Esquema a escala del Sistema Solar incluyendo la nube de Oort. Para apreciar lo que siempre se ha considerado como tal, se incluye un zoom sobre las órbitas planetarias y el cinturón de Kuiper. Crédito: NASA

 La constante G también afecta a las órbitas de los cuerpos. En el caso del Sistema Solar, este se compone principalmente del Sol, los planetas y tres grandes agrupaciones de sistemas subplanetarios -el cinturón de asteroides entre Marte y Júpiter, el cinturón de Kuiper entro unos 30 UA y 50 UA, y la nube de Oort en el límite del sistema-. Una imagen más completa y realista que la clásica del mismo puede verse en la Figura 1. Entre los conjuntos subplanetarios, el primer y segundo dan lugar a la mayoría de meteoritos, mientras que el último supone una reserva natural de planetesimales que producen cometas de largo periodo que, eventualmente, pueden impactar contra algún planeta. De hacerlo en uno habitado (como el caso de la Tierra), esto puede dar lugar a una gran extinción. De todas las extinciones masivas que nuestro planeta ha sufrido, quizás la más conocida sea la del Cretácico-Paleógeno (en otras palabras, la de los dinosaurios). De acuerdo con la composición rica en condritas carbonáceas del meteoro que produjo el cráter de Chicxulub (que se cree que fue el responsable de este evento) es probable que el origen de este objeto estuviera en la nube de Oort, en la que nos centraremos a partir de ahora. 

 La distribución de  cuerpos en esta nube transneptuniana es más o menos esférica, con distintas velocidades y direcciones. A día de hoy, creemos que las órbitas de los objetos en ella son relativamente estables, pero perturbaciones gravitacionales como las producidas por el paso cercano de estrellas, el encuentro con nubes moleculares  o ciertos eventos galácticos, pueden afectarles. Todo esto provoca que siempre haya un cierto flujo de cometas en las regiones más internas de nuestro sistema. Sin embargo, un cambio más o menos brusco en la fuerza de la gravedad como el que provocaría una variación en la constante de gravitación universal podría ampliar estos efectos, aumentando el número de estos cuerpos que entran en las regiones de órbita planetarias y, con ello, el número de encuentros que se producen.

Para confirmar esto, el artículo presenta dos simulaciones de Montecarlo de las órbitas de 10⁵ cuerpos distribuidos aleatoriamente en espacio y velocidad en la nube de Oort. En una se consideró la constante G antes de la supuesta transición (un 10% menor a la actual), mientras que en la otra se tomó el valor a día de hoy. Los resultados (mostrados en la Figura 2) muestran un aumento de aproximadamente un factor 3 en el número de objetos que llegan a órbitas interiores y, por tanto, resultan susceptibles de impactar con un planeta. Esto podría justificar la tasa de impactos en la Tierra y la Luna, que parece que ha sufrido un aumento en un factor 2-3 en los últimos 100 millones de años. 

Figura 2: Excentricidad frente a semieje mayor para los dos simulaciones relizadas. Cada punto corresponde a uno de los objetos considerados de la nube de Oort. Los puntos verdes corresponden a aquellos que intersecan con órbitas planetarias. En el panel izquierdo se ve la simulación antes de la transición, y en el derecho la misma simulación tras un aumento del 10% en el valor de G. Se observa que el número de objetos que cruzan las órbitas interiores del Sistema Solar es aproximadamente 3 veces mayor. Crédito: Figura 4 del artículo original.

 En definitiva, esta transición del valor de G no solo podría resolver la creciente tensión H₀, sino que también podría ser la razón del aumento del número de meteoritos impactando la Tierra, entre los que podría encontrarse el que provocó la extinción de los dinosaurios. Sin embargo, esta propuesta (aunque resulte curiosa y atractiva) está lejos de estar confirmada. Otros observables, como el cambio brusco de temperatura que debería haber sufrido nuestro planeta en esa misma era, deberían ser también consistentes. Además, para completar nuestro entendimiento de esta propuesta, harían falta modelos físicos que predijeran este cambio en el valor de lo que hasta ahora consideramos la constante de gravitación universal.