El jueves, astrónomos que están llevando a cabo lo que describen como la mayor y más precisa encuesta hasta la fecha sobre la historia del universo anunciaron que podrían haber descubierto un importante error en su comprensión de la energía oscura, la misteriosa fuerza que está acelerando la expansión del cosmos.
Se asumía que la energía oscura era una fuerza constante en el universo, tanto actualmente como a lo largo de la historia cósmica. Pero los nuevos datos sugieren que podría ser más variable, fortaleciéndose o debilitándose con el tiempo, invirtiéndose o incluso desapareciendo.
"Como diría Biden, es algo grande", dijo Adam Riess, astrónomo de la Universidad Johns Hopkins y el Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial en Baltimore. Compartió el Premio Nobel de Física en 2011 con otros dos astrónomos por el descubrimiento de la energía oscura, pero no estuvo involucrado en este nuevo estudio. "Puede ser la primera pista real que hemos obtenido sobre la naturaleza de la energía oscura en 25 años", dijo.
Esa conclusión, de confirmarse, podría liberar a los astrónomos, y al resto de nosotros, de una sombría predicción sobre el destino final del universo. Si el trabajo de la energía oscura fuera constante con el tiempo, eventualmente separaría a todas las estrellas y galaxias tan lejos que incluso los átomos se romperían, despojando al universo de toda vida, luz, energía y pensamiento, y condenándolo a un eterno caso de "aburrimiento cósmico". En cambio, parece que la energía oscura es capaz de cambiar de rumbo y dirigir el cosmos hacia un futuro más rico.
La clave son las palabras "podría" y "puede". El nuevo descubrimiento tiene aproximadamente una posibilidad entre 400 de ser un error estadístico, un grado de incertidumbre llamado tres sigma, que está muy lejos del estándar de oro para un descubrimiento, llamado cinco sigma: una posibilidad entre 1.7 millones. En la historia de la física, incluso eventos de cinco sigma han desaparecido cuando surgieron más datos o mejores interpretaciones de los datos.
Esta noticia llega en el primer informe de progreso, publicado como una serie de documentos, por una gran colaboración internacional denominada Instrumento Espectroscópico de Energía Oscura, o DESI. El grupo acaba de comenzar un esfuerzo de cinco años para crear un mapa tridimensional de las posiciones y velocidades de 40 millones de galaxias a lo largo de 11 mil millones de años de tiempo cósmico. Su mapa inicial, basado en el primer año de observaciones, incluye solo seis millones de galaxias. Los resultados se dieron a conocer hoy en una reunión de la Sociedad Física Estadounidense en Sacramento, California, y en la conferencia Rencontres de Moriond en Italia.
"Hasta ahora estamos viendo un acuerdo básico con nuestro mejor modelo del universo, pero también estamos viendo algunas diferencias potencialmente interesantes que podrían indicar que la energía oscura está evolucionando con el tiempo", dijo Michael Levi, director de DESI, en un comunicado emitido por el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley, que gestiona el proyecto.
El equipo de DESI no esperaba encontrar resultados tan pronto, dijo Nathalie Palanque-Delabrouille, astrofísica del laboratorio de Lawrence Berkeley y portavoz del proyecto, en una entrevista. Los resultados del primer año estaban destinados a simplemente confirmar lo que ya se sabía, dijo: "Pensábamos que básicamente validaríamos el modelo estándar".
Pero lo desconocido les sorprendió.
Cuando los científicos combinaron su mapa con otros datos cosmológicos, se sorprendieron al descubrir que no coincidía completamente con el fiable modelo estándar del universo, que asume que la energía oscura es constante e invariable. Una energía oscura variable ajustaba mejor los puntos de datos.
"Es ciertamente más que una curiosidad", dijo la Dra. Palanque-Delabrouille. "Yo lo calificaría como una pista. Sí, aún no es evidencia, pero es interesante".
Pero los cosmólogos están tomando esta pista muy en serio.
Wendy Freedman, astrofísica de la Universidad de Chicago que ha liderado los esfuerzos para medir la expansión del universo, elogió la nueva encuesta como "datos excelentes". Los resultados, dijo, "abren la posibilidad de una nueva ventana para entender la energía oscura, el componente dominante del universo, que sigue siendo el mayor misterio en cosmología. Bastante emocionante".
Michael Turner, profesor emérito de la Universidad de Chicago que acuñó el término "energía oscura", dijo en un correo electrónico: "Mientras combinar conjuntos de datos es complicado, y estos son resultados iniciales de DESI, la posible evidencia de que la energía oscura no es constante es la mejor noticia que he escuchado desde que la aceleración cósmica se estableció firmemente hace más de 20 años".
La energía oscura entró en la conversación en 1998, cuando dos grupos de astrónomos competidores, incluido el Dr. Riess, descubrieron que la expansión del universo se estaba acelerando en lugar de desacelerarse, como la mayoría de los astrónomos habían esperado. Las observaciones iniciales parecían sugerir que esta energía oscura estaba actuando como un famoso factor de corrección, denotado por la letra griega Lambda, que Einstein había añadido a sus ecuaciones para explicar por qué el universo no colapsaba por su propia gravedad. Más tarde lo llamó su peor error.
Pero tal vez habló demasiado pronto. Según la formulación de Einstein, Lambda era una propiedad del espacio mismo: cuanto más espacio había a medida que el universo se expandía, más energía oscura había, empujando cada vez más fuerte y eventualmente llevando a un futuro sin luz.
La energía oscura ocupó su lugar en el modelo estándar del universo conocido como L.C.D.M., compuesto por un 70 por ciento de energía oscura (Lambda), un 25 por ciento de materia oscura fría (un surtido de partículas exóticas de movimiento lento) y un 5 por ciento de materia atómica. Hasta ahora, ese modelo ha sido golpeado pero no roto por el nuevo Telescopio Espacial James Webb. Pero, ¿y si la energía oscura no fuera constante como asumía el modelo cosmológico?
En cuestión está un parámetro llamado w, que es una medida de la densidad, o vehemencia, de la energía oscura. En la versión de Einstein de la energía oscura, este número permanece constante, con un valor de -1, a lo largo de la vida del universo. Los cosmólogos han estado usando este valor en sus modelos durante los últimos 25 años.
Pero esta versión de la energía oscura es simplemente la más simple. "Con DESI, ahora hemos logrado una precisión que nos permite ir más allá de ese modelo simple", dijo la Dra. Palanque-Delabrouille, "para ver si la densidad de la energía oscura es constante con el tiempo, o si tiene algunas fluctuaciones y evolución con el tiempo".
El proyecto DESI, que llevó 14 años en realizarse, fue diseñado para probar la constancia de la energía oscura midiendo la rapidez con la que el universo se estaba expandiendo en diversos momentos del pasado. Para hacer esto, los científicos equiparon un telescopio en el Observatorio Nacional de Kitt Peak con 5,000 detectores de fibra óptica que podían realizar espectroscopía en tantas galaxias simultáneamente y averiguar qué tan rápido se estaban alejando de la Tierra.
Como medida de distancia, los investigadores utilizaron baches en la distribución cósmica de galaxias, conocidos como oscilaciones acústicas de bariones. Estos baches fueron impresos en el cosmos por ondas de sonido en el plasma caliente que llenaba el universo cuando tenía solo 380,000 años de antigüedad. En ese entonces, los baches tenían medio millón de años luz de ancho. Ahora, 13.5 mil millones de años después, el universo se ha expandido mil veces, y los baches – que ahora tienen 500 millones de años luz de ancho – sirven como convenientes varas de medir cósmicas.
Los científicos de DESI dividieron los últimos 11 mil millones de años de la historia cósmica en siete períodos de tiempo. (El universo tiene 13.8 mil millones de años.) Para cada uno, midieron el tamaño de estos baches y cuán rápido se estaban alejando las galaxias en ellos de nosotros y entre sí.
Cuando los investigadores lo pusieron todo junto, descubrieron que la suposición habitual – una energía oscura constante – no funcionaba para describir la expansión del universo. Las galaxias en los tres periodos de tiempo más recientes parecían estar más cerca de lo que deberían haber estado, lo que sugiere que la energía oscura podría estar evolucionando con el tiempo.
"Y vemos, de hecho, una pista de que las propiedades de la energía oscura no corresponderían a una simple constante cosmológica", pero en lugar de eso, podrían "tener algunas desviaciones", dijo la Dra. Palanque-Delabrouille. "Y esta es la primera vez que tenemos eso." Pero, enfatizó nuevamente, "todavía no lo llamaría evidencia. Es demasiado, demasiado débil".
El tiempo y más datos revelarán el destino de la energía oscura y del modelo del universo probado por los cosmólogos
"L.C.D.M. está siendo sometido a pruebas de precisión desde todas direcciones", dijo el Dr. Turner. "Y lo está haciendo bien. Pero, cuando todo se pone junto, está comenzando a parecer que algo no está bien o algo falta. Las cosas no encajan perfectamente. Y DESI es la última indicación".
El Dr. Riess de la Universidad Johns Hopkins, quien tuvo un vistazo preliminar a los resultados de DESI, señaló que la "pista", de validarse, podría dar al traste con otras mediciones cosmológicas, como la edad o tamaño del universo. "Este resultado es muy interesante y deberíamos tomarlo en serio", escribió en su correo electrónico. "De lo contrario, ¿por qué hacemos estos experimentos?"