Modelos cosmológicos alternativos al modelo concordante de materia y energía oscuras

Abstract

Throughout the history of physics different conceptions of the Universe of which we are part have existed and coexisted. The development the extension of the human senses provided by the modern instrumentation has allowed us to capture an increasingly realistic and humble vision of the cosmos. The so-called “concordance model” corresponds to the ΛCDM cosmological model supported by General Relativity in the macroscopic world and the standard model of particle physics in the microscopic world. The problem of unification between these two great theories is not the subject of this final degree project. This cosmological model, as indicated by its acronym, denotes a Universe composed of two additional components to the baryonic matter: dark matter and dark energy. However, its nature is unknown and its existence cannot be firmly established. In this context, numerous reinterpretations of the observations that were used to postulate the dark matter and energy hypothesis arise, with the desire to be validated experimentally in the future. In this work, some of the most important models that have arisen as alternatives are considered: the negative mass model, the MOND theories, the 𝑓(𝑅) theories, the Chaplygin gas model or the entropic gravity model. Post-Newtonian parametrization or angular redshift fluctuations are also mentioned as observational constraints of new models that could help discarding some theories and supporting others.

A lo largo de la historia de la física han existido y coexistido diferentes concepciones del Universo del que formamos parte. La extensión de los sentidos humanos que proporciona la instrumentación moderna ha permitido plasmar en nosotros una visión cada vez más realista y humilde del cosmos. El “modelo concordante” actual corresponde al modelo cosmológico ΛCDM sustentado por la Relatividad General en el mundo macroscópico y al modelo estándar de la física de partículas en el mundo microscópico. El problema de unificación existente entre estos dos grandes teorías no es objeto de este trabajo de fin de grado. El modelo cosmológico, tal y como indican sus siglas, denota un Universo compuesto por dos componentes adicionales a la materia bariónica: la materia oscura y la energía oscura. Sin embargo se desconoce su naturaleza y no se puede asegurar con firmeza su existencia. En este contexto surgen numerosas reinterpretaciones de las observaciones que postulaban la materia y energía oscuras, con el afán de poder ser validadas experimentalmente en un futuro. En este trabajo se consideran algunas de los modelos más importantes que han surgido como alternativas: el modelo de masa negativa, las teorías MOND, las teorías 𝑓(𝑅), el modelo de gas de Chaplygin o el modelo de gravedad entrópica. También se mencionan la parametrización postnewtoniana o las fluctuaciones angulares de redshift como restricciones observacionales a los nuevos modelos que podrían ayudar a descartar algunas teorías y respaldar otras.