El mejor mapa de la historia del Universo muestra qué ocurrió en los últimos 11.000 millones de años

Allí, desde la cima de una montaña, DESI lleva desde 2019 observando galaxias que están hasta a 11.000 millones de años luz de distancia, lo que ha permitido a los científicos hacer mapas en 3D del Universo tal como era en su juventud, y seguir después su evolución hasta llegar a lo que se observa hoy. Comprender cómo ha evolucionado el Universo significa ser capaces de predecir cómo será su final, y de paso resolver uno de los mayores misterios de la física actual: ¿Qué es lo que hace que la expansión del Universo se esté acelerando?

Este jueves, durante una reunión de la American Physical Society, Mustapha Ishak-Boushaki, miembro de la colaboración DESI, presentó el análisis de los datos obtenidos durante el primer año de observaciones del telescopio, al mismo tiempo que también se publicaban en varios artículos que ya están disponibles en el servidor arXiv. Se trata, pues, de una primera fase a la que pronto seguirán otras, ya que quedan otros tres años de recopilación de datos aún por analizar.

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José Manuel Nieves

Para estudiar cómo la energía oscura ha afectado al Universo durante los últimos 11.000 millones de años, DESI ha permitido a los investigadores crear el mayor mapa tridimensional construido hasta ahora con las mediciones más precisas hasta la fecha. De hecho, esta es la primera vez que los científicos consiguen medir la historia de la expansión del Universo joven con una precisión superior al 1%.

«Estamos increíblemente orgullosos de los datos -afirma Michael Levi, director de DESI y científico del Lawrence Berkeley National Laboratory, que gestiona el proyecto-, que han producido resultados cosmológicos líderes en el mundo y son los primeros en surgir de la nueva generación de experimentos de energía oscura».

El principal resultado es que, en líneas generales, los datos de DESI coinciden con el que los científicos consideran el mejor modelo de Universo que tenemos, (llamado Lambda CDM), aunque también aparecen una serie de discrepancias que dan mucho que pensar.

«Hasta ahora -prosigue Levi-, estamos viendo un acuerdo básico con nuestro mejor modelo del Universo, pero también algunas diferencias potencialmente interesantes que podrían indicar que la energía oscura está evolucionando con el tiempo. Es posible que esas diferencias desaparezcan, o no, cuando analicemos más datos, por lo que estamos impacientes por empezar cuanto antes el análisis de nuestro conjunto de datos de tres años».

La aceleración cósmica resulta problemática porque choca frontalmente con la gravedad, la fuerza que hace que los objetos con masa se acerquen unos a otros, tanto en nuestro Sistema Solar como en el espacio cercano.

«La gravedad une la materia -explica Ishak-Boushaki-, de modo que cuando lanzamos una pelota al aire, la gravedad de la Tierra la atrae hacia el planeta. Pero en las escalas más grandes, el Universo actúa de manera diferente. como si hubiera una fuerza repulsiva que lo separa todo y acelera su expansión. Es un gran misterio y lo estamos investigando en varios frentes. ¿Se trata de una energía oscura desconocida o es una modificación de la teoría de la gravedad de Einstein a escalas cosmológicas?»

Muchos científicos creen que la energía oscura desempeña un papel clave en la aceleración cósmica, aunque lo cierto es que nadie ha conseguido aún entender bien cómo funciona.

El modelo Lambda CDM incluye tanto a la energía oscura (Lambda) como a la materia ordinaria, de la que están hechas todas las estrellas y galaxias que podemos ver, así como a 'otro' tipo de materia que interactúa débilmente (materia oscura fría o CDM, iniciales de Cold Dark Matter). Tanto la materia como la energía oscura dan forma a la expansión del Universo, pero de maneras opuestas. A través de la atracción gravitacional, la materia y la materia oscura frenan la expansión, mientras que la energía oscura la acelera. La cantidad de cada una influye en cómo evoluciona el Universo. El modelo ha resultado muy eficaz hasta ahora para validar resultados de experimentos anteriores y describir cómo se ve el Universo a lo largo del tiempo.

Sin embargo, al combinar los resultados del primer año de DESI con datos de otros estudios, los científicos se toparon con algunas diferencias sutiles con respecto a lo que predice Lambda CDM. Se espera que a medida que DESI recopile más información a lo largo de sus años de funcionamiento, estos primeros resultados se vuelvan mucho más precisos y arrojen luz sobre la cuestión, aclarando si es necesario actualizar el modelo o si, por el contrario, habrá buscar otro totalmente distinto. Más datos, además, también mejorarán otros resultados iniciales de DESI, que influyen en la constante de Hubble (la medida de la velocidad a la que se expande el Universo) y la controvertida cuestión de la masa de los neutrinos, entre las partículas más livianas y abundantes que existen.

«Nuestros resultados -prosigue Ishak-Boushaki- muestran algunas desviaciones interesantes del modelo estándar del Universo que podrían indicar que la energía oscura está evolucionando con el tiempo. Cuantos más datos recopilemos, mejor equipados estaremos para determinar si este hallazgo es válido. Con más datos, podríamos identificar explicaciones diferentes para el resultado que observamos ahora, o bien confirmarlos, (...) lo que será un gran paso hacia la comprensión de la evolución de nuestro Universo».

«Resulta sorprendente -dice por su parte Nathalie Palanque-Delabrouille, científica del Laboratorio de Berkeley y coportavoz del experimento- que con sólo nuestro primer año de datos ya podamos medir la historia de expansión de nuestro Universo en siete intervalos diferentes de tiempo cósmico, cada uno con una precisión entre el 1 y el 3%».

La precisión general de DESI sobre la historia de la expansión a lo largo de los últimos 11.000 millones de años es del 0,5%, y la época más distante, que abarca hace entre 8 y 11.000 millones de años, llega a una precisión récord del 0,82%, algo realmente difícil de conseguir. DESI, además, es el primer experimento espectroscópico que realiza un análisis completamente ciego, es decir, que oculta el verdadero resultado a los científicos para evitar cualquier sesgo de confirmación subconsciente. Los investigadores, de hecho, trabajan «a ciegas» con datos modificados y cuyo significado ignoran, y se limitan a escribir códigos de computadora para analizar los hallazgos. Una vez que todo está finalizado, aplican su análisis a los datos originales para revelar lo que ocultaban.

«La forma en que hicimos el análisis -afirma Julien Guy, científico del Laboratorio de Berkeley y codirector del procesamiento de información de los espectrógrafos de DESI- nos da confianza en nuestros resultados (...). El conjunto de datos que estamos recopilando es excepcional, al igual que el ritmo al que los recopilamos. Esta es la medición más precisa que he hecho en mi vida».

Los datos de DESI también se utilizarán para complementar futuros estudios del cielo, como los que llevarán a cabo los Observatorio Vera C. Rubin y el Telescopio Espacial Romano Nancy Grace, actualmente en construcción.