El universo se ha estado expandiendo desde el Big Bang hace casi 14 mil millones de años, y los astrónomos creen que un tipo de fuerza invisible llamada energía oscura está haciendo que se acelere más rápido.
Sin embargo, nuevos resultados del Instrumento Espectroscópico de Energía Oscura (DESI), publicados hoy, sugieren que la energía oscura puede estar cambiando con el tiempo.
Si el resultado se confirma, podría revolucionar nuestras teorías cosmológicas actuales y tener consecuencias significativas para el destino final del universo. En escenarios extremos, la energía oscura en evolución podría acelerar la expansión del universo hasta el punto de desgarrarlo en un «Gran Desgarro» o provocar su colapso interno en un «Gran Crujido».
Como miembro de la colaboración DESI, que incluye más de 900 investigadores de 70 instituciones de todo el mundo, he participado en el análisis e interpretación de los resultados de la energía oscura.
Una nueva imagen de la energía oscura
Descubierta por primera vez en 1998 , la energía oscura es un tipo de esencia que parece impregnar el espacio y hacer que el universo se expanda a un ritmo cada vez mayor. Los cosmólogos generalmente han asumido que es constante: fue la misma en el pasado y lo será en el futuro.
La suposición de una energía oscura constante está integrada en el modelo Lambda-CDM del universo, ampliamente aceptado. En este modelo, solo el 5% del universo está compuesto de la materia ordinaria que podemos ver. Otro 25% es materia oscura invisible, que solo puede detectarse indirectamente. Y la gran mayoría del universo —un impresionante 70%— es energía oscura.
Los resultados de DESI no son lo único que nos da pistas sobre la energía oscura. También podemos observar la evidencia de un tipo de estrellas en explosión llamadas supernovas de Tipo Ia, y la forma en que se deforma la trayectoria de la luz al viajar por el universo (el llamado efecto de lente gravitacional débil).
Las mediciones del tenue resplandor del Big Bang (conocido como el fondo cósmico de microondas) también son importantes. No miden directamente la energía oscura ni su evolución, pero proporcionan pistas sobre la estructura y el contenido energético del universo, lo que ayuda a probar los modelos de energía oscura al combinarse con otros datos.
Cuando los nuevos resultados de DESI se combinan con todos estos datos cosmológicos, vemos indicios de que la energía oscura es más complicada de lo que pensábamos.
Parece que la energía oscura pudo haber sido más intensa en el pasado y ahora se está debilitando. Este resultado desafía los fundamentos del modelo Lambda-CDM y tendría profundas implicaciones para el futuro del universo.
Cómo DESI mapea el universo
El proyecto DESI tiene su sede en el Observatorio Nacional Kitt Peak, en Arizona. Su objetivo es crear el mapa 3D más extenso del universo jamás creado.
Para ello, utiliza un potente espectroscopio que mide con precisión la frecuencia de la luz procedente de hasta 5.000 galaxias distantes simultáneamente. Esto permite a los astrónomos determinar la distancia a la que se encuentran las galaxias y su velocidad de movimiento.
Al mapear las galaxias, podemos detectar patrones sutiles en su distribución a gran escala, llamados oscilaciones acústicas bariónicas. Estos patrones pueden usarse como reglas cósmicas para medir la historia de la expansión del universo.
Al rastrear estos patrones a lo largo del tiempo, DESI puede mapear cómo ha cambiado la tasa de expansión del universo.
DESI se encuentra sólo a la mitad de un estudio planificado de cinco años sobre el universo, publicando datos en lotes a medida que avanza.
Los nuevos resultados se basan en el segundo lote de datos, que incluye mediciones de más de 14 millones de galaxias y núcleos galácticos de gran brillo llamados cuásares. Este conjunto de datos abarca una ventana temporal cósmica de 11 000 millones de años, desde que el universo tenía tan solo 2 800 millones de años hasta la actualidad.
Nuevos datos, nuevos desafíos
Los nuevos resultados de DESI representan un gran avance en comparación con lo observado en el primer lote de datos. La cantidad de datos recopilados se ha más que duplicado, lo que ha mejorado la precisión de las mediciones y ha aumentado la fiabilidad de los hallazgos.
Los resultados del primer lote de datos indicaron que la energía oscura podría no comportarse como una constante cosmológica simple, pero no fueron lo suficientemente sólidos como para extraer conclusiones firmes. Ahora, el segundo lote de datos ha reforzado esta evidencia.
La solidez de los resultados depende de con qué otros conjuntos de datos se combinen, en particular del tipo de datos de supernova incluidos. Sin embargo, hasta la fecha, ninguna combinación de datos cumple el umbral estadístico típico de «cinco sigma» que los físicos utilizan como indicador de un nuevo descubrimiento confirmado.
El destino del universo
Aun así, el hecho de que este patrón se esté aclarando con más datos sugiere que algo más profundo podría estar ocurriendo. Si no hay ningún error en los datos ni en el análisis, esto podría significar que nuestra comprensión de la energía oscura, y quizás todo el modelo estándar de la cosmología, necesita ser revisada.
Si la energía oscura cambia con el tiempo, podría tener profundas implicaciones para el destino final del universo.
Si la energía oscura se intensifica con el tiempo, el universo podría enfrentarse a un escenario de «Gran Destrucción», en el que galaxias, estrellas e incluso átomos se desgarrarían por la creciente tasa de expansión. Si la energía oscura se debilita o se revierte, la expansión podría eventualmente ralentizarse o incluso revertirse, dando lugar a una «Gran Crisis».
¿Que sigue?
DESI busca recopilar datos de un total de 40 millones de galaxias y cuásares. Los datos adicionales mejorarán la precisión estadística y contribuirán a perfeccionar aún más el modelo de energía oscura.
Los futuros lanzamientos de DESI y los experimentos cosmológicos independientes serán cruciales para determinar si esto representa un cambio fundamental en nuestra comprensión del universo.
Datos futuros podrían confirmar si la energía oscura está realmente evolucionando o si los indicios actuales son solo una anomalía estadística. Si se descubre que la energía oscura es dinámica, podría requerir nueva física más allá de la teoría de la relatividad general de Einstein y abrir la puerta a nuevos modelos de física de partículas y gravedad cuántica.
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