¿La energía oscura evoluciona con el tiempo?

Los primeros resultados del DESI (Dark Energy Spectroscopic Instrument), considerado el proyecto cosmológico más importante en el ámbito internacional, se dan a conocer hoy y abren una hipótesis la cual considera que la energía oscura evoluciona con el tiempo, y no es una constante cosmológica como se tenía pensado.

El DESI tiene por objetivo mostrar el mapa tridimensional más grande y preciso del universo, luego de observar sus últimos 11,000 millones de años a través de 6 millones de galaxias y cuásares de un total de 40 millones que tiene previsto examinar en los próximos años.

“La intención principal del proyecto es lograr entender qué es la energía oscura, sustancia necesaria para comprender la evolución del universo”, afirma Axel de la Macorra Pettersson, investigador del Instituto de Física de la UNAM y miembro de la Junta Directiva del DESI.

El científico recuerda que dicho elemento “tiene una característica extraña que hace que el universo crezca cada vez más rápido (lo que es contrario a la fuerza de gravedad); sin embargo, sus propiedades son complicadas de medir, ya que no se logra visualizar”.

Participantes

El experimento DESI fue propuesto en 2010. Durante 2011 se publicó un artículo planteando su construcción, del cual Axel de la Macorra es coautor. Para 2014, el proyecto fue aprobado por las agencias científicas tanto de Estados Unidos como de México.

El proyecto cuenta con la colaboración de 72 instituciones internacionales, entre ellas algunas mexicanas como el Centro de Investigación y de Estudios Avanzados del Instituto Politécnico Nacional, el Instituto Nacional de Investigaciones Nucleares, la Universidad de Guanajuato, así como con la participación de los investigadores de la UNAM: Mariana Vargas, del Instituto de Física (IF); Octavio Valenzuela, del Instituto de Astronomía (IA), y Alejandro Avilés, del Instituto de Ciencias Físicas (ICF).

Dichas instituciones participan en la confección del mapa tridimensional más preciso del universo. Para generarlo, el DESI cuenta con un instrumento que tiene 5,000 pequeños robots (“ojos”) instalados en el plano focal del telescopio Mayall, que tiene 4 metros de diámetro y está situado en Kitt Peak National Observatory, en Tucson, Arizona.

De la Macorra refiere que cada uno de sus “ojos” dirige una fibra óptica que observa el espectro de luz de una galaxia o un cuásar. Se está midiendo 1 millón de galaxias por semana –una cantidad impresionante– siempre y cuando las nubes y las condiciones climatológicas lo permitan.

Entonces, “DESI observa los cuásares, que son los objetos más lejanos que se pueden ver en el universo. La luz emitida por el cuásar rastrea las sobredensidades de materia que encuentra en el camino hasta llegar a nosotros, es decir, muestra información no sólo de sus propias características, sino también de todo lo que encuentra en su recorrido”, señala.

“La luz de los cuásares a lo largo de su recorrido hacia nosotros nos muestra qué cantidad de energía o qué densidad de material hay en el camino entre el objeto de donde sale la luz y nosotros. Entonces, la luz viene de objetos distantes y con su trayectoria es que obtenemos un mapa tridimensional del universo”, explica.

Conocer a qué distancia están las galaxias y los cuásares no es sencillo, pero gracias al espectro de luz se obtiene la velocidad relativa entre el objeto observado y nosotros. Por tanto, el mapa tridimensional consiste en medir dos ángulos y la velocidad relativa entre cada galaxia o cuásares y nosotros.

Fue en 2019 cuando el DESI inició su observación y midió su primera galaxia, y gracias a sus 5,000 ojos se logró generar el mayor mapa del universo, con más de 6 millones de galaxias y cuásares en tiempo récord.

Resultados

El crecimiento del universo depende de la cantidad de materia y energía, así como de las propiedades de las partículas que hay en él, y la sustancia con mayor impacto en su evolución es la energía oscura, dado que corresponde al 68 % del contenido del universo hoy en día. El modelo estándar Lambda-CDM considera una constante cosmológica la energía oscura. No obstante, el DESI obtuvo otros resultados.

“El primer año de observaciones sugieren que la energía oscura no es una constante cosmológica, sino que evoluciona en el tiempo. Si al terminar de observar la cantidad de las 40 millones de galaxias y cuásares se confirma esta hipótesis, se estaría hablando de un nuevo paradigma del origen y dinámica de la energía oscura”, refiere.

Este tema es central en las investigaciones del cosmólogo e, incluso, ha propuesto un modelo de energía oscura dinámico, conocido como “Bound Dark Energy”, que ha sido publicado en la revista Physical Review Letters. Según el especialista, la masa de las partículas es consecuencia de la energía de amarre de las partículas originales, similar a lo que sucede con los protones, neutrones y piones. El modelo permite comprender el origen y la dinámica de la energía oscura, así como se observa con los datos del DESI.

Procedimiento

“En el DESI se utilizó una regla estándar, la cual especifica que a mayor distancia se encuentre, su tamaño disminuirá, pero conociendo sus medidas originales es posible saber de manera más precisa a qué distancia está”, indica.

Esta regla estándar, sostiene, se llama Baryon Acoustic Oscillations (BAO o en español Oscilaciones Acústicas Bariónicas) y está asociada a la competencia entre la atracción gravitacional y la fuerza electromagnética de los electrones, protones y fotones (luz), prediciendo que las galaxias se agrupan en burbujas con el radio de BAO.

“Dicho radio de la burbuja, que es lo que comprende esta regla estándar, al medirlo a diferentes tiempos, nos da la posibilidad de conocer la expansión del universo, que es lo que precisamente hace el DESI. Para ello se requiere contar con una gran cantidad de galaxias y cuásares, lo que a su vez ayudará a descifrar la naturaleza de la energía oscura”, precisa.

La profundidad de observación ha permitido conocer que la luz que salió de un cuásar hace unos 11,000 millones de años, en las primicias de nuestro universo que cuenta hoy con unos 13,700 millones de años.

“La aceleración del universo fue observada en un inicio por los astrofísicos estadunidenses Adam Riess, Saul Perlmutter y Brian Schmidt; con ello obtuvieron un premio Nobel y abrieron una nueva era en el estudio de la cosmología. Sin embargo, para estudiar el crecimiento del universo a distancias más lejanas se requerían de nuevos métodos de medición, lo que se está logrando hacer con el DESI”, puntualiza el universitario.

Cabe recordar que el proyecto está alojado en el telescopio Mayall, el cual pertenece al centro de investigación y desarrollo NOIRLab de la National Science Foundation de Estados Unidos. Además, el DESI contó con el financiamiento del Consejo Nacional de Humanidades, Ciencias y Tecnologías Conahcyt-México.

Hasta el momento, las 6 millones de galaxias observadas se midieron en un tiempo récord, pero quedan de 3 a 4 años aproximadamente de vistas para medir 40 millones en total, por lo que a nivel estadístico aún no es posible descartar que la energía oscura no sea una constante cosmológica.

“Esto nos dice que tenemos mucho trabajo a futuro para responder las preguntas sobre el universo y la energía oscura, pero es impresionante poder observar y comprender el universo desde hace miles de millones de años. Nosotros no podemos viajar al pasado, pero el pasado llega a nosotros”, finaliza De la Macorra.