La energía oscura podría estar cambiando y redefinir el destino del universo
Un nuevo estudio del instrumento DESI sugiere que la energía oscura no es constante, como se creía, sino que podría estar evolucionando. Este hallazgo desafía el modelo estándar de la cosmología y podría cambiar nuestra comprensión del destino del universo.
Por Enrique Coperías
DESI cartografía objetos lejanos para estudiar la energía oscura. El instrumento está instalado en el telescopio Mayall, que aquí aparece bajo las estelas estelares. Crédito: KPNO/NOIRLab/NSF/AURA/B. Tafreshi
El destino del universo está marcado por el delicado equilibrio entre la materia y la energía oscura, el enigmático componente que impulsa la expansión acelerada del cosmos. Hablamos del fenómeno por el cual el universo se expande a un ritmo cada vez mayor, impulsado por la misteriosa energía oscura, que contrarresta la gravedad y provoca que las galaxias se alejen entre sí a velocidades crecientes.
Ahora, un análisis pionero del Instrumento Espectroscópico de Energía Oscura (DESI) ha trazado la huella de la energía oscura a lo largo de los últimos 11.000 millones de años; para ello, ha utilizando el mapa tridimensional más extenso jamás realizado del universo.
Los nuevos hallazgos sugieren que la energía oscura, hasta ahora considerada una constante cosmológica, podría estar evolucionando con el tiempo de maneras inesperadas, lo que vendría a redefinir nuestro entendimiento del cosmos e incluso su destino final.
El mayor hallazgo desde que se descubrió la energía oscura
En palabras de Adam Riess, astrofísico de la Universidad Johns Hopkins y ganador del Premio Nobel, que no está directamente involucrado en DESI pero sigue de cerca sus hallazgos, este es el indicio más importante que hemos tenido sobre la naturaleza de la energía oscura en los aproximadamente veinticinco años desde su descubrimiento por parte de dos equipos de astrónomos, el Supernova Cosmology Project y el High-Z Supernova Search Team, al observar supernovas distantes.
En esta línea se manifiesta Andreu Font-Ribera, del Instituto de Física de Altas Energías (IFAE) de Barcelona: «Parece que estamos a punto de presenciar un cambio de paradigma en los modelos de evolución del universo, y esto es muy emocionante»
DESI es un experimento internacional en el que participan más de novecientos investigadores de más de 70 instituciones alrededor del mundo, bajo la dirección del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) del Departamento de Energía de Estados Unidos. Los resultados del estudio han sido publicados en el repositorio on line arXiv y presentados en la Cumbre Mundial de Física de la Sociedad Americana de Física, que se ha celebrado en Anaheim (California).
Una energía oscura que evoluciona
«Lo que estamos observando es realmente intrigante —señala en un comunicado Alexie Leauthaud-Harnett, coportavoz de DESI y profesora en la Universidad de California en Santa Cruz. Y añade—: Es emocionante pensar que podríamos estar al borde de un descubrimiento crucial sobre la energía oscura y la estructura fundamental del universo».
Si bien los datos obtenidos por DESI son consistentes con el modelo estándar de la cosmología, conocido como Lambda-CDM (donde Lambda representa la energía oscura como una constante cosmológica y CDM se refiere a la materia oscura fría), su combinación con otras mediciones apunta a una posible evolución de la energía oscura.
Estas mediciones incluyen el fondo cósmico de microondas (CMB) —la radiación remanente del big bang, una débil luz en microondas que llena el universo y nos proporciona pistas sobre sus primeras etapas y evolución—, las explosiones de supernovas y la deformación de la luz de galaxias distantes debido a efectos gravitacionales (lente débil).
Un frenazo cósmico
Además, las mediciones de DESI han comenzado a desafiar una de las suposiciones más sólidas de la cosmología moderna: que la expansión del universo se está acelerando a un ritmo constante. En abril de 2024, los datos de DESI insinuaron por primera vez que la aceleración del universo podría estar disminuyendo con el tiempo, lo que ponía en duda la idea de que la energía oscura se comporta como una constante inmutable.
«Estamos viendo algo increíble en todo el universo —afirma Will Percival, miembro del equipo de DESI en la Universidad de Waterloo (Canadá)—. Este es el límite del conocimiento humano.
«Nos guiamos por la navaja de Occam, y la explicación más sencilla para lo que observamos es una evolución de la energía oscura —explica Percival. Y añade—: Cada vez es más probable que necesitemos modificar nuestro modelo cosmológico estándar para integrar estos diversos conjuntos de datos, y la hipótesis de una energía oscura en evolución parece una vía prometedora».
Persiguiendo el «sigma 5»
Hasta el momento, la evidencia a favor de esta hipótesis no ha alcanzado el umbral de 5 sigma, el estándar en física para confirmar un descubrimiento. No obstante, la combinación de datos de DESI con el CMB, lentes débiles y supernovas arroja valores entre 2,8 y 4,2 sigma.
«Nuestro análisis actual ha alcanzado un máximo de 4,2 sigma, pero esperamos que, a medida que DESI continúe recopilando datos, podamos llegar a 5 sigma en los próximos dos años —apunta Mustapha Ishak-Boushaki, investigador de la Universidad de Texas en Dallas y miembro del equipo de DESI.Y continúa—: Este resultado sobre la energía oscura es algo que no esperábamos ver en nuestra vida».
Una de las fortalezas de este hallazgo es que no depende únicamente de DESI, sino que se apoya en múltiples observaciones independientes. Riess compara la situación con un taburete de varias patas: quitar una de ellas no haría que la conclusión se derrumbe por completo.
DESI es un instrumento de última generación y puede captar simultáneamente la luz de hasta 5.000 objetos celestes. Crédito: Marilyn Sargent/Berkeley Lab
Del big bang al big bounce
Si esta tendencia se confirma, el universo podría ser muy distinto a como lo imaginamos. Según Ishak-Boushaki, si la energía oscura sigue debilitándose con el tiempo, el universo podría alcanzar un punto en el que su expansión se estabilice en lugar de continuar acelerándose.
Es más, se abre la posibilidad de escenarios dramáticos como el big crunch, en el que la expansión del universo se revierta. En este escenario, las galaxias comenzarían a acercarse, la temperatura y la densidad aumentarían drásticamente, y el universo colapsaría en un estado extremadamente caliente y compacto, similar al que tuvo en el big bang.
Este proceso podría marcar el fin del universo o dar lugar a un nuevo ciclo de expansión y contracción en un modelo llamado big bounce.
DESI: cartografiar cincuenta millones de galaxias y cuásares
DESI es una de las iniciativas más ambiciosas en la exploración del cosmos. Su avanzada instrumentación, capaz de captar la luz de 5.000 galaxias simultáneamente, ha sido financiada por la Oficina de Ciencia del DOE y se encuentra en el Telescopio de 4 metros Nicholas U. Mayall, en el Observatorio Nacional de Kitt Peak (NSF NOIRLab, en Arizona.
Actualmente, el experimento está en su cuarto año de observaciones de un total de cinco, con el objetivo de cartografiar unos cincuenta millones de galaxias y cuásares antes de su conclusión.
El reciente análisis se basa en datos recopilados en los primeros tres años del estudio, e incluye casi 15 millones de galaxias y cuásares, lo que duplica el conjunto de datos del primer análisis de DESI.
«No solo seguimos viendo una preferencia por la evolución de la energía oscura, sino que ahora la evidencia es más sólida —destaca Seshadri Nadathur, profesor en la Universidad de Portsmouth y copresidente del grupo de trabajo de Agrupamiento de Galaxias y Cuásares de DESI. Y añade—: Además, hemos realizado pruebas adicionales respecto al primer año de análisis, lo que nos da confianza en que los resultados no son producto de algún sesgo desconocido"»
Liberados de una constante cosmológica
A futuro, DESI seguirá recopilando datos y otros proyectos contribuirán a esta investigación. El telescopio espacial Nancy Grace Roman de la NASA y el Observatorio Vera Rubin en Chile están diseñados para estudiar la naturaleza de la energía oscura y podrían proporcionar información crucial en los próximos años.
«Desde el punto de vista teórico, se ha abierto la caja de Pandora— comenta Ishak-Boushaki.—. Antes estábamos atrapados en la idea de una constante cosmológica. Ya no lo estamos".
«En mi opinión, todavía es temprano para afirmar con rotundidad que hemos descubierto que la energía oscura sea cambiante», advierte en declaraciones al SINC Eusebio Sánchez, del Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (Ciemat). Y añade—: Sin embargo, el hecho de que diferentes proyectos independientes estén observando resultados similares hace que la situación sea especialmente interesante».
«Sea cual sea la naturaleza de la energía oscura, su comprensión definirá el destino de nuestro universo —dice Michael Levi, director de DESI y científico en Berkeley Lab. Y concluye—: Es extraordinario que, al mirar el cielo con nuestros telescopios, podamos acercarnos a responder una de las preguntas más fundamentales de la humanidad». ▪️
Información facilitada por el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley
Fuente: https://data.desi.lbl.gov/doc/papers/
