Descubren nuevas pistas de cómo se produce la expansión del universo

Hace aproximadamente un siglo, los astrónomos observaron que las galaxias lejanas parecían alejarse de nosotros. De hecho, cuanto más distante es una galaxia, más rápido se aleja. Esto proporcionó la primera evidencia clave de que el universo se está expandiendo. Pero el mecanismo que lo rige sigue investigándose.

Eso es lo que hace la colaboración científica internacional Dark Energy Survey (DES) desde 2013. Ahora, publica resultados que por primera vez combinan seis años de datos estudiados de lentes gravitacionales y agrupaciones de galaxias, dos referencias que se utilizan como técnicas para medir la expansión del Universo.

En el artículo, que resume 18 trabajos científicos y aún está a la espera de la revisión por pares, también se presentan los primeros resultados obtenidos al combinar las cuatro medidas diferentes de la energía oscura —oscilaciones acústicas bariónicas (BAO), supernovas de tipo Ia, cúmulos de galaxias y lentes gravitacionales débiles— tal como se propuso en la concepción inicial de DES hace 25 años.

El análisis ofrece nuevas medidas, más precisas, que reducen el abanico de modelos posibles sobre la evolución del universo. Estas medidas son más del doble de restrictivas que las obtenidas en análisis anteriores de DES y siguen siendo compatibles con los resultados previos.

Cómo medir la energía oscura

Como el universo está dominado por la gravedad —una fuerza que atrae la materia—, los astrónomos esperaban que la expansión del universo se ralentizara con el tiempo.

En 1998, dos equipos independientes de cosmólogos utilizaron supernovas distantes para descubrir que la expansión del universo se está acelerando en lugar de frenarse. Para explicar estas observaciones, propusieron un nuevo tipo de energía responsable de impulsar esta expansión acelerada: la energía oscura. Actualmente, los astrofísicos creen que la energía oscura constituye alrededor del 70 % de la densidad de masa-energía del universo. Aun así, sabemos muy poco sobre ella.

En los años siguientes, los científicos comenzaron a diseñar experimentos para estudiar la energía oscura, entre ellos el Dark Energy Survey. Hoy en día, DES es una colaboración internacional de más de 400 astrofísicos y científicos de 35 instituciones en siete países, liderada por el Laboratorio Nacional Fermi de Aceleradores del Departamento de Energía de Estados Unidos.

Para estudiar la energía oscura, la colaboración DES llevó a cabo un cartografiado profundo y de gran área del cielo entre 2013 y 2019. La colaboración DES construyó una cámara digital extremadamente sensible de 570 megapíxeles, DECam, y la instaló en el telescopio Blanco de 4 metros del Observatorio Interamericano Cerro Tololo de la Fundación Nacional de la Ciencia de Estados Unidos, en los Andes chilenos.

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Durante 758 noches a lo largo de seis años, la colaboración DES registró información de 669 millones de galaxias situadas a miles de millones de años luz de la Tierra, cubriendo una octava parte del cielo. Las instituciones españolas forman parte del proyecto desde su inicio y, además de haber colaborado de manera destacada en el diseño, fabricación, pruebas e instalación de DECam y en la toma de datos, hoy en día tienen importantes responsabilidades en la explotación científica de los datos.

“A partir de nuestras imágenes, podemos medir las formas de las galaxias y las sutiles distorsiones causadas por la gravedad, así como sus posiciones y la manera en que se agrupan en el cielo. Sin embargo, para interpretar estas mediciones también necesitamos saber a qué distancia se encuentran las galaxias. En la práctica, inferimos esas distancias a partir de sus colores, medidos mediante observaciones con distintos filtros”, explica William d’Assignies Doumerg, estudiante de doctorado en el IFAE y miembro del equipo de calibración de distancias del Dark Energy Survey.

“En este análisis llevamos la calibración de distancias a un nivel de precisión sin precedentes, que nos permite conectar con confianza la distribución observada de las galaxias con la física subyacente de la energía oscura”, afirmó Giulia Giannini, colíder del Grupo de Trabajo de Redshifts de DES e investigadora del ICE-CSIC en Barcelona.