Astrofísica, Gravitación y Cosmología

La fuerza gravitacional es la más débil de las fuerzas conocidas, pero sus fuentes son todo tipo de materia y energía que existen en el Universo y su alcance es infinito. Eso implica que la gravitación gobierna el movimiento de los cuerpos en las escalas más grandes, involucrando el Universo mismo. Este último es el objeto de investigación de Cosmología, la que se enfoca en la evolución del Universo desde los momentos más tempranos hasta la época actual. El modelo estándar de la cosmología puede explicar esta evolución con gran precisión pero introduce algunos de los misterios más intrigantes de la física fundamental: Para explicar el estado actual de expansión acelerada del universo requiere la introducción de una constante, llamada constante cosmológica, cuyo tamaño parece violar el principio de naturaleza de la teoría de campos, un problema conocido como energía oscura. Adicionalmente, esto presenta grandes desafíos teóricos, por ejemplo, si dicha evolución será eterna o finalizará en un tiempo finito en una singularidad cósmica; este es el problema de la así llamada energía oscura fantasma. Asume también la existencia de un tipo de materia, llamada materia oscura, que no interactúa con la luz pero que es mucho más abundante que la materia que podemos ver. Adicionalmente requiere de un mecanismo para producir las pequeñas fluctuaciones que se observan en la radiación cósmica de fondo que posteriormente sirvieron como semillas para la conformación del Universo.

El Universo a gran escala no es el único sistema desconcertante. Soluciones de las ecuaciones gravitatorias ofrecen muestran también posibles a ser encontrados en el Universo, entre otros, agujeros negros, agujeros de gusano y singularidades desnudas. La física de agujeros negros apunta a describir estos objetos y su comportamiento desde un punto de vista termodinámico, buscando la naturaleza cuántica subyacente de la gravedad. Las teorías estándares y alternativas de gravedad y supergravedad, en dimensiones espacio-tiempo diversas, ofrecen modelos teóricos desde donde surgen dichas soluciones. Sin embargo, las teorías de gravedad también pueden servir como herramientas matemáticas poderosas para deducir, a través de la dualidad holográfica conocida como Gauge/Gravedad, las propiedades de las teorías de campos fuertemente acopladas.

Nuestro grupo enfrenta todos estos problemas desde el punto de vista teórico, contribuyendo significativamente al conocimiento internacional en el área. En el caso de estudios cosmológicos, las predicciones obtenidas se comparan con las observaciones provenientes de Planck Collaboration – el observatorio espacial operado por la European Space Agency (ESA), Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP), Atacama Cosmology Telescope (ACT), Sloan Digital Sky Survey (SDSS) y otros.