Colaboración entre Claire Lamman y DESI
Una colaboración internacional de científicos ha creado el mapa 3D más grande de nuestro universo hasta la fecha basándose en los primeros resultados del Instrumento Espectroscópico de Energía Oscura (DESI). Es un logro impresionante, y habrá más por venir, pero el hallazgo más significativo surge de las nuevas mediciones de la energía oscura de la colaboración. Esos resultados concuerdan aproximadamente con el modelo teórico predominante actualmente para la energía oscura, en el que la energía oscura es constante en el tiempo. Pero hay algunos indicios tentadores de que podría variar con el tiempo, lo que requeriría algunos cambios en el modelo predominante.
Por supuesto, esas pistas todavía están por debajo del umbral necesario para afirmar que se han descubierto y, por lo tanto, caen bajo la rúbrica de «enormes, si son ciertas». Tendremos que esperar más datos de las mediciones continuas de DESI para ver si se mantienen. Mientras tanto, se han publicado en arXiv varios artículos que profundizan en los detalles técnicos detrás de estos primeros resultados, y se presentarán varias charlas en una reunión de la Sociedad Estadounidense de Física que se llevará a cabo esta semana en Sacramento, California, así como en Encuentros de Moriond en Italia.
«Nuestros resultados muestran algunas desviaciones interesantes del modelo estándar del universo que podrían indicar que la energía oscura está evolucionando con el tiempo», dijo Mustapha Ishak-Boushaki, físico de la Universidad de Texas, Dallas, y miembro de la colaboración DESI. “Cuantos más datos recopilemos, mejor equipados estaremos para determinar si este hallazgo es válido. Con más datos, podríamos identificar diferentes explicaciones para el resultado que observamos o lo confirmamos. Si persiste, tal resultado arrojará algo de luz sobre lo que está causando la aceleración cósmica y proporcionará un gran paso hacia la comprensión de la evolución de nuestro universo”.
Pisando el acelerador
¿De qué está hecho el universo? El consenso actual es que la materia ordinaria representa apenas el 4 por ciento de toda la materia del universo, mientras que la materia oscura representa otro 23 por ciento. La energía oscura representa el 73 por ciento restante, y esa energía oscura es la fuerza impulsora detrás de la acelerada tasa de expansión del universo.
Hubo un tiempo en el que los científicos creían que el Universo era estático, pero eso cambió con la teoría general de la relatividad de Albert Einstein. Alexander Friedmann publicó un conjunto de ecuaciones en 1922 que mostraban que el Universo podría en realidad estar expandiéndose, y Georges Lemaitre más tarde hizo una derivación independiente para llegar a la misma conclusión. Edwin Hubble confirmó esta expansión con datos de observación en 1929. Antes de esto, Einstein había estado intentando modificar la relatividad general añadiendo una constante cosmológica para obtener un universo estático a partir de su teoría; Según la leyenda, después del descubrimiento de Hubble, se refirió a ese esfuerzo como su mayor error.
Los científicos esperaban que si el universo todavía estuviera expandiéndose, la fuerza de atracción de la gravedad eventualmente reduciría la velocidad de expansión. Pero en 1998, dos equipos separados de físicos midieron el cambio en la tasa de expansión del universo, utilizando supernovas distantes como hitos. Cuando Hubble hizo sus mediciones en 1929, las galaxias más lejanas desplazadas al rojo estaban aproximadamente a 6 millones de años luz de distancia. Si la expansión ahora se estuviera desacelerando bajo la influencia de la gravedad, las supernovas en esas galaxias distantes deberían aparecer más brillantes y más cercanas de lo que sugerirían sus corrimientos al rojo.
Más bien, ocurrió todo lo contrario. En corrimientos altos hacia el rojo, las supernovas más distantes son más tenues de lo que serían si el universo se desacelerara. En lugar de desacelerarse gradualmente, la expansión del universo se está acelerando. Los líderes de esos dos equipos ganaron el Premio Nobel de Física de 2011. Desde entonces, esos resultados de 1998 han sido corroborados por mediciones mejoradas de supernovas, así como por mediciones indirectas del fondo cósmico de microondas (CMB), lentes gravitacionales y la estructura a gran escala del cosmos.
Si la materia oscura da origen a la gravedad que mantiene unido al universo, entonces la energía oscura es la fuerza contraria que separa al universo. Muy temprano en la existencia del universo, dominó la materia oscura. Todo estaba más cerca entre sí, por lo que su densidad era mayor que la de la energía oscura, y su atracción gravitacional era más fuerte para que se pudieran formar las primeras galaxias. Pero a medida que el universo continuó expandiéndose, la densidad de la materia oscura, y por tanto la atracción gravitacional, disminuyó hasta ser menor que la de la energía oscura. Entonces, en lugar de la esperada desaceleración en la tasa de expansión, la ahora dominante energía oscura comenzó a separar el universo a tasas cada vez más rápidas.
Realice un vuelo interactivo a través de millones de galaxias cartografiadas utilizando datos de coordenadas de DESI. Crédito: Planetario Fiske/CU Boulder/Colaboración DES.
La constante cosmológica de Einstein (lambda) implicaba la existencia de una forma repulsiva de gravedad. La física cuántica sostiene que incluso el vacío más vacío está repleto de energía en forma de partículas “virtuales” que aparecen y desaparecen de la existencia, se separan y se unen en una intrincada danza cuántica. Este mar turbulento de partículas virtuales podría dar lugar a energía oscura, dando al universo un pequeño empujón extra para que pueda seguir acelerándose. El problema es que el vacío cuántico contiene demasiado mucho energía: aproximadamente 10120 veces demasiado.
Entonces, el universo debería acelerarse mucho más rápido de lo que lo hace si la energía oscura fuera, esencialmente, la constante cosmológica. Aún así, todas las observaciones hasta la fecha indican que es constante. El mejor ajuste teórico se conoce como modelo Lambda CDM, que incorpora tanto materia oscura fría que interactúa débilmente como energía oscura. Una teoría alternativa propone que el universo puede estar lleno de una forma fluctuante de energía oscura denominada «quintaesencia». También existen otros modelos alternativos que suponen que la densidad de la energía oscura ha variado a lo largo de la historia del universo.
Aquí es donde entran en discusión los potencialmente interesantes hallazgos iniciales de DESI.