El universo se está expandiendo, pero es controvertido qué tan rápido está sucediendo y qué papel juega la energía oscura en esto. Ahora uno de los proyectos más completos para medir la expansión cósmica, el Dark Energy Survey (DES), ha presentado sus resultados finales. Los astrónomos han medido el corrimiento al rojo y la distancia de casi 1.500 supernovas de Tipo 1a utilizando un nuevo método asistido por computadora. Los resultados están dentro del rango del modelo cosmológico estándar Lambda Cold Dark Matter (ΛCDM). Pero hay una desviación que deja abierta la cuestión de si la densidad de la energía oscura es realmente constante, como sugiere este modelo.
Después del Big Bang, nuestro universo se expandió cada vez más; esto ya lo postuló el «padre» de la teoría del Big Bang, Georges Lemaître. Sin embargo, los astrónomos y cosmólogos inicialmente supusieron que esta expansión debería disminuir con el tiempo. Sólo en 1998 dos grupos de investigación, midiendo la distancia a supernovas distantes, descubrieron que esto no puede ser cierto: la expansión cósmica se está acelerando. Este descubrimiento revolucionario y cosmológicamente significativo les valió el Premio Nobel de Física en 2011. Al mismo tiempo, hizo que la física necesitara una explicación, porque para permitir la expansión acelerada, debe haber una forma de energía en el cosmos que contrarreste la gravedad y actúe. como motor de expansión. Sin embargo, hasta la fecha todavía no está claro qué es exactamente esta energía y cómo se comporta. Según las hipótesis más comunes, esta “energía oscura” constituye aproximadamente el 70% de nuestro universo. La energía oscura también constituye la base del actual modelo cosmológico estándar de la llamada Materia Oscura Fría Lambda (ΛCDM).
DES: Las supernovas como medida de la expansión cósmica
El problema, sin embargo, es que todavía no está claro si la expansión y la energía oscura realmente se comportan como sugiere el ΛCDM. Una razón de esto son las discrepancias en la medición de la tasa de expansión cósmica. Para aclarar esto, se inició el Dark Energy Survey (DES). Esta asociación de 400 investigadores de unos 25 institutos de investigación y de numerosos países tenía como objetivo medir con la mayor precisión posible la energía oscura, la materia oscura y la expansión del cosmos. La base de esto son las explosiones de enanas blancas en supernovas de tipo 1a. Estas supernovas tienen una luminosidad fácilmente estandarizada y, por lo tanto, son especialmente adecuadas para determinar su distancia y, mediante el corrimiento al rojo, la velocidad de su salida de nosotros y, por tanto, la expansión del cosmos.
Utilizando la Cámara de Energía Oscura en el telescopio de cuatro metros del Observatorio Interamericano Cerro Tololo en Chile, los astrónomos del DES pasaron seis años observando una octava parte de todo el cielo y midiendo distancias y desplazamientos al rojo de casi 1.500 supernovas de tipo 1a. mapeado. «Se trata de una enorme expansión en comparación con sólo 52 supernovas utilizadas hace 25 años», dice la coautora Tamara Davis, de la Universidad de Queensland en Australia. Los astrónomos utilizaron cuatro métodos diferentes para detectar y medir explosiones estelares, incluido uno ya utilizado en 1998, pero también un método recientemente desarrollado que permite mediciones precisas no a través del espectro de luz, sino mediante mediciones fotométricas de las curvas de luz. Los algoritmos de aprendizaje ayudaron con la clasificación y evaluación.
Valores cercanos al objetivo, pero margen para la innovación
Ahora los astrónomos de la colaboración DES han publicado sus resultados finales. Proporcionan más pruebas para establecer si el modelo cosmológico estándar es correcto o si todavía existen procesos e influencias en el universo que aún no han sido reconocidos ni descritos. En este contexto, la cuestión de una de las predicciones fundamentales de la teoría actual es crucial: «A medida que el universo se expande, la densidad de la materia disminuye», explica el portavoz del DES, Rich Kron, de la Universidad de Chicago. “Pero según el modelo, la densidad de la energía oscura es una constante. Esto significa que su proporción debe aumentar a medida que aumenta el volumen del cosmos”. Por lo tanto, en términos físicos, el parámetro para la densidad de energía oscura w especificado por el modelo ΛCDM debe ser 1.
Pero, ¿qué revelaron las mediciones del DES? Basándose únicamente en mediciones de supernovas, los astrónomos llegaron a un valor de w = -0,80 ± -0,18 y, por tanto, ligeramente inferior a -1. Combinando los resultados de las mediciones con los de otras tres mediciones, incluida la medición de la radiación cósmica de fondo con el satélite Planck, los valores de densidad de energía oscura son del orden de -1 con menos de dos desviaciones estándar. «w no es exactamente igual a 1, pero está lo suficientemente cerca como para ser consistente con el modelo», explica Davis. Pero esta ligera discrepancia es interesante porque también podría indicar mecanismos ocultos. “El modelo más simple de energía oscura, el ΛCDM, no encaja perfectamente. Aunque no es suficiente para desmentirlo. Pero los hallazgos proporcionan los primeros indicios fascinantes de que la energía oscura puede estar cambiando con el tiempo. Es posible que necesitemos una explicación más compleja de lo que está sucediendo».
Los resultados aún no son suficientes para mostrar cuál podría ser esta explicación y si la densidad o la influencia de la energía oscura realmente cambia a lo largo de la evolución del universo. Sin embargo, los resultados del Dark Energy Survey proporcionan ahora datos y límites nuevos y más precisos para importantes parámetros cosmológicos. «Estos datos representan ahora el estándar de oro de la cosmología de supernovas y lo seguirán siendo durante algún tiempo», dice el coautor Dillon Brout de la Universidad de Boston.
Fuente: Colaboración DES, 243ª Reunión de la Sociedad Astronómica Estadounidense, Astrophysical Journal (enviado), doi: 10.48550/arXiv.2401.02929
