Comienza a desvelarse el lado oscuro del Universo

Un equipo internacional de científicos ha comenzado a desvelar el lado oscuro del Universo. Ha medido con una precisión sin precedentes la estructura de la materia oscura y confirmado que representa el 70 por ciento de su composición, así como que está causando su expansión acelerada. Un enorme paso para comprender 14.000 millones de años de evolución del Universo.

Mapa de la materia oscura realizada a partir de medidas de lente gravitatoria de 26 millones de galaxias por el Dark Energy Survey. El mapa cubre aproximadamente una trigésima parte de todo el cielo y abarca varios miles de millones de años luz en extensión. Las regiones rojas tienen más materia oscura que la media; las regiones azules, menos. Crédito de la imagen: Chihway Chang del Kavli Institute for Cosmological Physics de la Universidad de Chicago, y la colaboración DES.

Imaginad plantar una semilla y ser capaces de predecir con gran precisión la altura exacta del árbol que crecerá a partir de ella. Ahora imaginad poder viajar hacia el futuro y hacer una fotografía que demuestre que vuestra predicción era correcta.

Si tomamos la semilla como el universo primitivo, y el árbol como el universo actual, podemos hacernos una idea de lo que la colaboración Dark Energy Survey (DES) acaba de hacer. En una presentación que tuvo lugar en la reciente reunión de la American Physical Society Division of Particles and Fields en el Fermi National Accelerator Laboratory, cerca de Chicago, investigadores de DES mostraron la medida más precisa jamás hecha de la estructura a gran escala de la materia oscura del universo actual, según informa la revista Nature.

Esta medida de la cantidad y distribución de materia oscura en el cosmos actual se ha hecho con una precisión que, por primera vez, rivaliza con la de las medidas del universo primitivo hechas por la misión espacial Planck de la Agencia Espacial Europea (ESA).

El nuevo resultado del DES (el árbol, en la metáfora anterior) está cerca de las "predicciones" para el universo actual hechas a partir de las medidas de Planck del pasado lejano (la semilla). Los nuevos resultados permiten a los científicos comprender más sobre las maneras en que el universo ha evolucionado durante más de catorce mil millones de años.

"Por un lado es emocionante poder confirmar las predicciones del modelo estándar y aportar los resultados más precisos sobre el ritmo de crecimiento de estructuras cósmicas", ha declarado Enrique Gaztañaga, investigador principal en el Institut de Ciències de l'Espai (IEEC-CSIC). "Pero todavía no hemos encontrado una pista definitiva de por qué el universo se está acelerando."

Datos confirmados

Lo más notable es que este resultado apoya la teoría de que el 26 por ciento del universo se compone de una forma misteriosa de materia, conocida como materia oscura, y que el espacio está lleno de energía oscura, también invisible, que está causando la expansión acelerada del universo y que representa el 70 por ciento de su composición. La energía oscura, en su forma más simple, fue planteada como hipótesis por primera vez por Albert Einstein hace un siglo.

Paradójicamente, es más fácil medir la distribución de materia del universo en un pasado lejano de lo que es medirla hoy. En los primeros 400 000 años después del Big Bang, el universo estaba lleno de un gas incandescente, cuya luz sobrevive hasta nuestros días.

El mapa de Planck de esta radiación cósmica de fondo de microondas nos da una instantánea del universo en ese momento temprano. Desde entonces, por un lado, la gravedad de la materia oscura ha atraído la masa y ha hecho que se formen estructuras en el universo a lo largo del tiempo.

Por otro lado, la energía oscura, con su efecto repulsivo, ha estado combatiendo la atracción de la materia. Usando el mapa de Planck como punto de partida, los cosmólogos pueden calcular con precisión cómo se ha desarrollado esta batalla entre materia y energía oscuras a lo largo de más de 14.000 millones de años.

"Con estas fantásticas medidas, DES está empezando a mostrar la enorme capacidad que tiene para producir resultados que supongan un avance importante en nuestra comprensión del universo. Los próximos años nos pueden deparar sorpresas acerca del lado oscuro del universo", ha dicho Eusebio Sánchez, el investigador responsable del proyecto en el CIEMAT.

Comprendiendo señales cósmicas

Los nuevos resultados se basan únicamente en datos recogidos durante el primer año de observación y cubren una trigésima parte del cielo. Los científicos de DES utilizaron dos métodos para medir la materia oscura. Primero, crearon mapas de posiciones de galaxias, y segundo, midieron con precisión las formas de 26 millones de galaxias lejanas para cartografiar directamente los patrones de materia oscura a lo largo de miles de millones de años luz, usando una técnica llamada lente gravitacional.

Para realizar estas medidas de alta precisión, el equipo de DES ha desarrollado nuevas técnicas para detectar las diminutas distorsiones que las lentes gravitacionales producen en las imágenes que se obtienen de las galaxias lejanas, un efecto que ni siquiera es visible al ojo humano. Las nuevas técnicas hacen posible un avance revolucionario en la comprensión de estas señales cósmicas.

En el proceso, crearon el mapa más grande jamás hecho de la materia oscura en el cosmos. El nuevo mapa de materia oscura es diez veces más grande que el que la propia colaboración DES publicó en 2015, y será finalmente tres veces más grande de lo que es ahora cuando se incluyan todos los datos de cinco años de observación.

"Con las medidas que hemos hecho, hemos contribuido a entender mejor la relación que hay entre las galaxias y la materia oscura, que es un elemento crucial para realizar este análisis cosmológico", ha comentado Judit Prat, estudiante de doctorado en el IFAE y primera autora de uno de los artículos publicados.

The Dark Energy Survey es una colaboración de más de 400 científicos de 26 instituciones en siete países. Su instrumento principal, la Dark Energy Camera, de 570 megapíxeles, está montada en el telescopio Blanco de 4 metros en el Observatorio Interamericano de Cerro Tololo del National Optical Astronomy Observatory en Chile y sus datos se procesan en el National Center for Supercomputing Applications de Illinois en Urbana-Champaign. España fue el primer grupo internacional en unirse a Estados Unidos para fundar el proyecto DES y participa a través de tres instituciones, dos de ellas en Barcelona (el Institut de Ciències de l'Espai, IEEC-CSIC, y el Institut de Física d'Altes Energies, IFAE) y una en Madrid (CIEMAT).

Referencia Bibliográfica: Nature

Fuente: CIEMAT/T21