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Millones de lupas para observar lo invisible
23 mayo, 2022
(Fuente imagen: Reidar Hahn, Fermilab)
El Dark Energy Survey publicó en julio de 2021 los resultados de la mayor muestra de galaxias jamás analizada a partir de sus tres primeros años de observación con el telescopio Blanco de 4m en Cerro Tololo en Chile. Han obtenido el mapa de materia oscura más grande y las medidas más precisas hasta el momento de la composición y evolución del universo.
El Dark Energy Survey (DES) es una colaboración internacional, de unos 400 científicos de 25 instituciones en siete países, que se dedica a cartografiar el cielo e intentar averiguar de qué está formado el universo y cómo ha evolucionado. DES ha obtenido una distribución de materia un poco más homogénea que otros estudios. Los resultados son compatibles con el modelo estándar cosmológico, el mejor modelo actual que describe el contenido del universo y su evolución. La precisión es comparable a la de telescopios espaciales.
.jpg "Telescopio Blanco en Cerro Tololo")
Esta colaboración ha observado el cielo desde agosto de 2013 hasta enero de 2019. Se han observado unos 300 millones de galaxias y miles de supernovas y se han publicado unos 300 artículos científicos. Para ello utilizan la Cámara de Energía Oscura, una de las cámaras digitales más potentes del mundo. La cámara fue diseñada específicamente para el proyecto, pero está disponible para toda la comunidad científica en el telescopio Blanco en Cerro Tololo en Chile. Con esta cámara se ha observado una zona de 5000 grados cuadrados en el hemisferio sur, más o menos un octavo del cielo.
.jpg "Área del cielo que se observa")
Lo que hace especial a este cartografiado galáctico es su método basado en la combinación de diferentes maneras de estudiar el universo: la estructura a gran escala del universo, las lentes gravitacionales débiles, las supernovas de tipo Ia y los cúmulos de galaxias. La colaboración ha desarrollado un nuevo método muy robusto que nadie ha utilizado antes. En mayo de 2021 se publicaron los resultados de los tres primeros años de observación a partir de 226 millones de galaxias hasta una distancia de más de 7.000 millones de años luz, observadas en 345 noches. Con ellas se ha podido obtener el mayor mapa hasta la fecha de la distribución y forma de las galaxias.
Estos resultados se basan en obtener la posición de millones de galaxias, que se agrupan formando una estructura debido a la gravedad de la materia, tanto la visible como la invisible. Este tipo de materia invisible es a lo que se llama materia oscura y es una de las grandes incógnitas en cosmología hoy en día, no se conoce su origen ni composición. Ambos tipos de materia, por la atracción gravitatoria, hacen que la luz se desvíe actuando como pequeñas lupas que distorsionan la forma de las galaxias. Este efecto se llaman lentes gravitacionales débiles y permite saber dónde está la materia oscura, que no emite luz y por lo tanto no podemos ver.
.jpg "Telescopios de Cerro Tololo")
Obtener la posición de las galaxias en el cielo no es lo difícil, sino obtener su distancia. La distancia que ha recorrido la luz de las galaxias depende de la expansión del universo, que se está acelerando debido a un tipo de energía desconocida que se denomina energía oscura. Ver cómo varía la distribución de materia a lo largo de la historia del universo permite estudiar este tipo de energía, otra de las grandes incógnitas en cosmología actualmente.
Las observaciones del universo han llevado a establecer el modelo estándar cosmológico, basado en dos componentes desconocidos que forman el 95% del contenido energético del Universo: la materia oscura (26%) y la energía oscura (69%). El 5% restante es lo que llamamos materia ordinaria (la materia de la que nosotros estamos formados, lo que forma los planetas, las estrellas y las galaxias). Es el modelo cosmológico más completo y con mayor poder predictivo hasta la fecha, con capacidad de explicar observaciones desde pocos minutos después del big bang, hasta la actualidad.
Los últimos resultados de DES están de acuerdo con el modelo estándar cosmológico, pero hay pequeñas tensiones que ya se habían observado con otros instrumentos. No se sabe si es algo teórico o experimental (una fluctuación estadística). Las galaxias observadas son relativamente recientes en tiempo cosmológico. Estos datos se comparan con los resultados del satélite Planck, de la Agencia Espacial Europea. Planck observa radiación que nos llega del universo primitivo, cuando sólo tenía unos 400.000 años. El modelo cosmológico nos permite comprobar cómo han evolucionado los distintos componentes del universo desde su origen hasta unos 13.000 millones de años después. Los resultados de DES tienen una precisión similar a la de Planck, lo cual nunca se había conseguido antes con un telescopio en tierra.
.jpg "Telescopio Blanco con un espejo de 4m")
El objetivo en cosmología hoy en día es poner a prueba el modelo estándar cosmológico a grandes y pequeñas escalas y averiguar qué son la energía oscura y la materia oscura. Aunque este modelo describe bien nuestro universo, cada vez habrá más precisión en las medidas y se comprobará si las tensiones se hacen más grandes y hay que modificar la teoría. Todavía habrá que esperar un tiempo para los resultados finales de DES. Los avances en metodología y análisis realizados en DES serán fundamentales para la nueva generación de observaciones cosmológicas. Esta nueva generación tendrá todavía mayor precisión y algunas ya han empezado a tomar datos, como el Legacy Survey of Space and Time desde el Observatorio Vera C. Rubin.
Referencias