En 1998, los científicos se toparon con una sorprendente verdad cósmica. No solo se está expandiendo el universo, se dieron cuenta, sino que también parece estar acelerador a medida que pasan los años, acelerados por una fuerza que no podemos ver.
Esa misteriosa influencia pronto sería conocida como energía oscura, uno de los mayores enigmas de la física.
Complementaría el aspecto igualmente confuso, si no más, de nuestro universo llamado materia oscura, un concepto general que los científicos evidenciaron por primera vez en 1933 para describir lo que sea que constituya las barreras ocultas en forma de halo que evitan que las galaxias simplemente se desmoronen. (Otra fuerza más que no podemos comprender con ojos humanos).
Pero a pesar de que no podemos comprender la naturaleza esquiva de la materia oscura y la energía oscura con la vista, podemos medirla con las matemáticas. Y el miércoles, en una serie de artículos en el Astrophysical Journal, los astrofísicos lograron colocar los límites más precisos hasta ahora sobre la composición y evolución de nuestro universo, incluido el universo oscuro.
Con un poderoso mecanismo analítico denominado Pantheon+, el equipo descubrió que el cosmos está compuesto por aproximadamente dos tercios de energía oscura y un tercio de materia, principalmente en forma de materia oscura. Más concretamente, sospechan que el 66,2 % del universo se manifiesta como energía oscura, mientras que el 33,8 % restante pertenece tanto a la materia oscura como a la visible.
Aún más emocionante que el resultado de Pantheon+ puede ser la forma alucinante en que opera. En resumen, el equipo aprovechó una serie de potentes linternas cósmicas para mirar hacia atrás en el tiempo y documentar los contenidos del universo tal como eran hace más de 10 mil millones de años.
Por «linternas», me refiero a las supernovas Tipo 1a.
Estas explosiones de estrellas son tan brillantes que eclipsan a galaxias enteras y, por lo tanto, se ven desde distancias de miles de millones de años luz de distancia de la Tierra. Son como linternas, pero en lugar de iluminar un largo pasillo, iluminan el túnel infinito del espacio y el tiempo. De hecho, son fundamentales para el descubrimiento del universo oscuro, ayudando a descubrir la existencia de la materia oscura en 1933 y la energía oscura en 1998.
Pantheon+ llevó las cosas al siguiente nivel. Los científicos detrás del análisis se centraron en más de 1.500 supernovas que, cuando se juntan, iluminan colectivamente alrededor de las tres cuartas partes del universo conocido. Vaya, de hecho.
Una línea de tiempo del universo.
NASA
«Con este conjunto de datos Pantheon+ combinado, obtenemos una vista precisa del universo desde el momento en que estuvo dominado por la materia oscura hasta que el universo quedó dominado por la energía oscura», dijo Dillon Brout, astrónomo del Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica. dijo en un comunicado.
«Este conjunto de datos es una oportunidad única para ver cómo se enciende la energía oscura e impulsar la evolución del cosmos en las escalas más grandes hasta el presente», dijo Brout.
Esto podría resolver algunos debates científicos.
Más adelante, el legado de Pantheon+ está listo para trascender el universo oscuro.
Como beneficio adicional, la herramienta analítica también confirmó que el cosmos realmente se está expandiendo a un ritmo acelerado. y ofreció evidencia extremadamente prometedora en apoyo de una piedra angular del pensamiento científico: el modelo estándar de física de partículas.
Este marco describe en gran medida cómo cada partícula conocida se comporta de forma independiente, así como entre sí, e incluso sirve como base para muchas teorías importantes sobre de qué se trata realmente el universo oscuro.
Una imagen de las partículas en el Modelo Estándar.
Fermilab
«Somos capaces de poner las restricciones más precisas sobre la dinámica y la historia del universo hasta la fecha», dijo Brout. «Hemos revisado los datos y ahora podemos decir con más confianza que nunca cómo ha evolucionado el universo a lo largo de los eones y que las mejores teorías actuales sobre la energía oscura y la materia oscura se mantienen sólidas».
En otras palabras, Pantheon+ podría estar diciéndonos que deberíamos cerrar algunas teorías alternativas sobre la materia oscura y la energía oscura. no relacionado al Modelo Estándar. Esas teorías podrían ser, bueno, incorrectas.
Además, también tenemos que hablar sobre mi consecuencia personal favorita de los conjuntos de datos de Pantheon+. Por fin, podría ayudar a poner fin a un debate de larga data, bastante acalorado, entre los físicos.
Es posible que finalmente estemos en camino de decodificar lo que se conoce como la constante de Hubble. Algo así como.
Básicamente, sabemos que el universo se está expandiendo exponencialmente. Literalmente podemos verlo suceder en tiempo real. Pero los científicos no pueden ponerse de acuerdo sobre la velocidad exacta a la que se está produciendo esa expansión. La clave de la solución es la constante de Hubble, pero diferentes formas de calcular esa constante parecen arrojar respuestas diferentes.
Los arcos y rayas en el cúmulo de galaxias Abell 370 revelan «lentes gravitacionales», la distorsión de la luz de galaxias de fondo lejanas por el campo gravitatorio del cúmulo. El efecto de lente ayuda a los astrónomos a medir la distribución de la materia oscura en los cúmulos de galaxias.
NASA, ESA y el equipo Hubble SM4 ERO
Aunque después de combinar la muestra de Pantheon+ con datos de otra colaboración científica, un comunicado de prensa de Harvard afirma que ahora podemos tener la medición local más estricta de la tasa de expansión actual del universo. (La palabra clave aquí es «local». Eso aparecerá más adelante).
En pocas palabras, la colaboración encontró que la constante de Hubble es de 73,4 kilómetros (45,6 millas) por segundo por megaparsec (km/s/Mpc) con una sorprendente 1,3% de incertidumbre.
«Dicho de otra manera, por cada megaparsec, o 3,26 millones de años luz, el análisis estima que en el universo cercano, el espacio mismo se expande a más de 160.000 millas por hora», explica el comunicado. Esa cifra, por contexto, está justo en el medio de la medición histórica de 2001 de 72 km/s/Mpc y los informes posteriores de 74 km/s/Mpc.
Sin embargo, está bastante lejos de otra medición líder que sugiere una constante de 69,8 km/s/Mpc.
OK, sí, todavía hay una discrepancia. Y, nuevamente, la constante de Pantheon+ se basa en mediciones «locales».
Como tal, el equipo de Pantheon+ enfatiza que «las observaciones de una época completamente diferente de la historia del universo predicen una historia diferente». Por lo tanto, en cierto modo, tener una nueva constante de Hubble contrastante podría no resolver la tensión de Hubble, sino aumentar el debate ya tenso? Como dije, es complicado.
Una simulación de filamentos de materia oscura en todo el universo.
Zarija Lukic/Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley
«Pensamos que sería posible encontrar pistas para una solución novedosa a estos problemas en nuestro conjunto de datos, pero en cambio, descubrimos que nuestros datos descartan muchas de estas opciones y que las profundas discrepancias siguen siendo tan obstinadas como siempre», dijo Brout. .
Pero al final del día, debido a que los resultados de Pantheon+ son tan prístinos, tal vez podrían al menos aclarar dónde se encuentra el punto de discordia en el debate constante del Hubble.
«Muchas teorías recientes han comenzado a apuntar a una nueva física exótica en el universo muy primitivo», dijo Brout. «Sin embargo, tales teorías no verificadas deben resistir el proceso científico, y la tensión del Hubble sigue siendo un gran desafío».
La física está repleta de acertijos y acertijos complejos y, sinceramente, obstáculos directos. Pero me gusta imaginar estos obstáculos como una motivación para mantener el campo en marcha y las mentes girando. Es por eso que Pantheon+ fue innovado en primer lugar.
Y con este mecanismo, absolutamente hemos avanzado en la disección de la verdad sobre el lado oscuro de nuestro universo, como mínimo. O como dice Brout, «Pantheon+ nos está dando nuestra mejor oportunidad hasta la fecha de limitar la energía oscura, sus orígenes y su evolución».