Un cartografiado de cientos de millones de galaxias —el mayor de su clase efectuado hasta la fecha— ha reconstruido cómo se reparte la masa del cosmos a lo largo del espacio y el tiempo. Los resultados apoyan con firmeza la idea de que la energía oscura, el agente responsable de la expansión acelerada del universo, se habría mantenido constante a lo largo de la historia cósmica. El proyecto, denominado Sondeo de la Energía Oscura (DES, por sus siglas en inglés), anunció sus resultados el pasado 27 de mayo.
El DES ha estado observando el cielo entre 2013 y 2019 con una cámara de 570 megapíxeles emplazada en el telescopio Víctor M. Blanco, del Observatorio Interamericano del Cerro Tololo, en Chile. El estudio ha abarcado una cuarta parte del hemisferio sur celeste y sus exposiciones han cartografiado unos 300 millones de galaxias. «Se trata de un conjunto de datos increíblemente potente», afirma Catherine Heymans, astrofísica de la Universidad de Edimburgo.
Para obtener una estimación de la distancia a la que se encuentra cada galaxia, los investigadores agruparon los objetos en función de su color. Como consecuencia de la expansión cósmica, la luz que nos llega de las galaxias distantes es tanto más rojiza cuanto más lejos se encuentran. Gracias a ello, los autores consiguieron añadir una tercera dimensión a su mapa de galaxias.
En cosmología, mirar más lejos corresponde también a remontarse más atrás en el tiempo, por lo que el nuevo mapa tridimensional de galaxias proporciona asimismo un registro de la historia del universo. Al rastrear cómo se han estado distribuyendo las galaxias a lo largo del tiempo, los investigadores pueden inferir indirectamente qué fuerzas han intervenido en el proceso. Entre ellas se encuentra la atracción gravitatoria de la materia oscura, la sustancia invisible que constituye alrededor del 80 por ciento de la masa del cosmos y que domina la formación de las galaxias y los cúmulos de galaxias.
Galaxias distorsionadas
Para estudiar la distribución de la materia oscura, la colaboración analizó las distorsiones en las imágenes de los 100 millones de galaxias más lejanas. Dado que la gravedad curva el espacio, la concentración de materia oscura en el universo cercano puede inferirse a partir de la manera en que la gravedad deforma las imágenes de las galaxias más distantes, un fenómeno conocido como «lente gravitacional débil». «Vemos que las imágenes de las galaxias de fondo aparecen ligeramente distorsionadas», explicaba Alexandra Amon, miembro de la colaboración DES, en un resumen en línea.
Cartografiar la distribución de galaxias y materia oscura en tres dimensiones permite a su vez estudiar la energía oscura, el agente responsable de que hoy en día la expansión del universo se esté acelerando. Su naturaleza constituye uno de los principales problemas abiertos en cosmología.
Casi todos los indicios hasta ahora parecen apuntar a que la densidad de energía oscura sería constante en el tiempo y en el espacio, y el nuevo mapa de la colaboración DES ha aportado una de las pruebas más firmes a favor de dicha hipótesis. Al combinar sus datos con los de otros estudios, el nuevo mapa tridimensional ha permitido reducir los márgenes de error correspondientes hasta el 3 por ciento, explica Michael Troxel, investigador de la Universidad Duke de Carolina del Norte y miembro de la colaboración DES.
Ofer Lahav, investigador del Colegio Universitario de Londres y uno de los líderes de la colaboración, describe el resultado como un «triunfo» para el modelo cosmológico estándar, uno de cuyos pilares es precisamente la suposición de que la densidad de energía oscura es constante. En este sentido, los nuevos datos ponen en aprietos a aquellos modelos alternativos que postulan que la energía oscura correspondería a un campo físico que podría cambiar con el tiempo.
Un universo más suave de lo esperado
Un intrigante resultado del nuevo sondeo ha sido el hallazgo de que el universo parece ser más homogéneo de lo esperado, algo que confirma los resultados preliminares anunciados por la colaboración DES en 2017. «La lente [gravitacional] es sistemáticamente menor de lo que dicta el universo», explica Amon, que es además cosmóloga del Instituto Kavli de Astrofísica de Partículas y Cosmología en Menlo Park, en California.
Además del DES, otros dos grandes proyectos de lentes gravitacionales débiles ya han referido resultados similares: el sondeo Hyper Suprime-Cam, efectuado desde el telescopio Subaru que el Observatorio Astronómico Nacional de Japón tiene en Mauna Kea, en Hawái; y el Sondeo de los Mil Grados (KiDS, por su acrónimo en inglés), realizado por el Observatorio Europeo Austral (ESO) en Chile y dirigido por Heymans. Los tres proyectos han detectado un número de lentes gravitacionales ligeramente menor del esperado, lo que apuntaría a una concentración de materia oscura menor de la que predice el modelo cosmológico estándar.
Si se tienen en cuenta las incertidumbres experimentales, las medidas siguen siendo compatibles con el modelo estándar. Heymans señala que sería interesante combinar los resultados de los tres estudios de lentes gravitacionales a fin de obtener una medición lo más precisa posible de la discrepancia.
El proyecto DES aún dará que hablar, ya que los resultados publicados ahora solo corresponden a los tres primeros años del total de seis durante los que la colaboración ha estado tomando datos. Además, a partir del año próximo los cosmólogos dispondrán de dos nuevos instrumentos: el Observatorio Vera Rubin, en Chile, y el telescopio espacial Euclid, de la Agencia Espacial Europea. Ambos llevarán a cabo estudios de lentes débiles con una profundidad sin precedentes y permitirán explorar todo el cielo, añade Heymans.
Davide Castelvecchi
Artículo traducido y adaptado por Investigación y Ciencia con permiso de Nature Research Group.
Referencias: «Dark Energy Survey Year 3 results: Curved-sky weak lensing mass map reconstruction»; N. Jeffrey et al. en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 27 de mayo de 2021. Un resumen de los resultados con enlaces al resto de los artículos puede encontrarse en la página web de la colaboración DES.
