El jueves, los astrónomos que están realizando lo que describen como el estudio más grande y preciso hasta el momento de la historia del universo anunciaron que podrían haber descubierto un error importante en su comprensión de la energía oscura, la fuerza misteriosa que está acelerando la expansión del cosmos.
Se suponía que la energía oscura era una fuerza constante en el universo, tanto en la actualidad como a lo largo de la historia cósmica.
Pero los nuevos datos sugieren que puede ser más cambiante, fortalecerse o debilitarse con el tiempo, revertirse o incluso desvanecerse.
"Como diría Biden, es un BFD", dijo Adam Riess, astrónomo de la Universidad Johns Hopkins y del Instituto Científico del Telescopio Espacial en Baltimore. Compartió el Premio Nobel de Física de 2011 con otros dos astrónomos por el descubrimiento de la energía oscura, pero no participó en este nuevo estudio.
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Modelo animado en 3D del plano focal de DESI. El movimiento de los 5.000 posicionadores robóticos se coordina para que no choquen entre sí. Imagen de David Kirkby/desi Collaboration
"Puede que sea la primera pista real que hemos obtenido sobre la naturaleza de la energía oscura en 25 años", dijo.
Esa conclusión, si se confirma, podría liberar a los astrónomos (y al resto de nosotros) de una predicción sombría y de larga data sobre el destino final del universo.
Si el trabajo de la energía oscura fuera constante en el tiempo, eventualmente alejaría tanto a todas las estrellas y galaxias que incluso los átomos se desgarrarían, despojando al universo de toda vida, luz, energía y pensamiento, y condenándolo a una muerte eterna.
En cambio, parece que la energía oscura es capaz de cambiar de rumbo y orientar al cosmos hacia un futuro más rico.
Las palabras clave son "podría" y "sería".
El nuevo hallazgo tiene aproximadamente una probabilidad de 1 entre 400 de ser una casualidad estadística, un grado de incertidumbre llamado tres sigma, que está muy por debajo del estándar de oro para un descubrimiento, llamado cinco sigma: 1 probabilidad entre 1,7 millones.
En la historia de la física, incluso los eventos cinco sigma se han evaporado cuando surgieron más datos o mejores interpretaciones de los datos.
Esta noticia aparece en el primer informe de progreso, publicado como una serie de artículos, por una gran colaboración internacional llamada Instrumento Espectroscópico de Energía Oscura, o DESI.
El grupo acaba de comenzar un esfuerzo de cinco años para crear un mapa 3D 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 sólo 6 millones de galaxias.
Resultados
Los resultados se dieron a conocer el jueves en una reunión de la Sociedad Estadounidense de Física 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 DESI no esperaba encontrar dinero tan pronto, dijo en una entrevista Nathalie Palanque-Delabrouille, astrofísica del laboratorio Lawrence Berkeley y portavoz del proyecto.
El primer año de resultados se diseñó simplemente para confirmar lo que ya se sabía, dijo:
"Pensamos que básicamente validaríamos el modelo estándar".
Pero lo desconocido saltó sobre ellos.
Cuando los científicos combinaron su mapa con otros datos cosmológicos, se sorprendieron al descubrir que no coincidía del todo con el modelo estándar del universo, por lo demás confiable, que supone que la energía oscura es constante e inmutable.
Una energía oscura variable se ajusta mejor a los puntos de datos.
"Ciertamente es más que una curiosidad", dijo Palanque-Delabrouille.
"Yo lo llamaría una pista. Sí, todavía no es evidencia, pero es interesante".
Pero los cosmólogos se toman muy en serio esta sugerencia.
Wendy Freedman, astrofísica de la Universidad de Chicago que ha liderado los esfuerzos para medir la expansión del universo, elogió el nuevo estudio como "datos excelentes".
Los resultados, dijo, "abren el potencial de una nueva ventana para comprender la energía oscura, el componente dominante del universo, que sigue siendo el mayor misterio de la cosmología. Bastante emocionante".
Michael Turner, profesor emérito de la Universidad de Chicago que acuñó el término "energía oscura", dijo en un correo electrónico:
"Si bien combinar conjuntos de datos es complicado, y estos son los primeros resultados 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".
Energía oscura
La energía oscura entró en la conversación en 1998, cuando dos grupos de astrónomos rivales, entre ellos 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 actuaba como un famoso factor de manipulación (denotado por la letra griega Lambda) que Albert Einstein había insertado en sus ecuaciones para explicar por qué el universo no colapsó debido a su propia gravedad.
Más tarde lo calificó como su peor error.
Pero tal vez habló demasiado pronto.
Tal como lo formuló 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 conduciendo a un futuro desbocado y sin luz.
La energía oscura tomó su lugar en el modelo estándar del universo conocido como LCDM, compuesto por un 70% de energía oscura (Lambda), un 25% de materia oscura fría (una variedad de partículas exóticas de lento movimiento) y un 5% 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 suponía el modelo cosmológico?
Lo que está en juego es 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, durante toda la vida del universo.
Los cosmólogos han estado utilizando 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 Palanque-Delabrouille, "para ver si la densidad de la energía oscura es constante en el tiempo, o si tiene algunas fluctuaciones y evolución con el tiempo. "
El proyecto DESI, que lleva 14 años en desarrollo, fue diseñado para probar la constancia de la energía oscura midiendo qué tan rápido se expandió el universo en varios momentos del pasado.
Para ello, los científicos equiparon un telescopio en el Observatorio Nacional Kitt Peak con 5.000 detectores de fibra óptica que podrían realizar espectroscopia en esa cantidad de galaxias simultáneamente y descubrir qué tan rápido se alejaban de la Tierra.
Como medida de la distancia, los investigadores utilizaron protuberancias en la distribución cósmica de las galaxias, conocidas como oscilaciones acústicas bariónicas.
Estas protuberancias quedaron impresas en el cosmos por ondas sonoras en el plasma caliente que llenó el universo cuando tenía sólo 380.000 años.
En aquel entonces, las protuberancias tenían medio millón de años luz de diámetro.
Ahora, 13.500 millones de años después, el universo se ha expandido mil veces y las protuberancias, que ahora tienen 500 millones de años luz de diámetro, sirven como cómodas varas de medir cósmicas.
Los científicos de DESI dividieron los últimos 11 mil millones de años de historia cósmica en siete períodos de tiempo.
(El universo tiene 13.800 millones de años).
Para cada uno, midieron el tamaño de estos bultos y la velocidad con la que las galaxias en ellos se alejaban de nosotros y entre sí.
Cuando los investigadores juntaron todo esto, descubrieron que la suposición habitual (una energía oscura constante) no funcionaba para describir la expansión del universo.
Las galaxias de las tres épocas más recientes parecían más cercanas de lo que deberían haber estado, lo que sugiere que la energía oscura podría estar evolucionando con el tiempo.
"Y vemos, de hecho, un indicio de que las propiedades de la energía oscura no corresponderían a una constante cosmológica simple", sino que podrían "tener algunas desviaciones", dijo Palanque-Delabrouille.
"Y esta es la primera vez que tenemos eso".
Pero, enfatizó nuevamente, "no lo llamaría evidencia todavía. Es demasiado, demasiado débil".
El tiempo y más datos dirán el destino de la energía oscura y del modelo del universo probado en batalla por los cosmólogos.
"El LCDM está siendo puesto a prueba mediante pruebas de precisión que llegan desde todas las direcciones", dijo Turner.
"Y le está yendo bien. Pero, cuando se toma todo en conjunto, empieza a parecer que algo no está bien o falta algo. Las cosas no encajan perfectamente.
Y DESI es el último indicio".
Riess, de Johns Hopkins, que echó un vistazo temprano a los resultados de DESI, señaló que la "pista", si se valida, podría desvirtuar otras mediciones cosmológicas, como la edad o el 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?"
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