El destino del universo depende del delicado equilibrio entre la materia y la energía oscura, una fuerza fundamental que impulsa su expansión acelerada. Nuevos hallazgos del Instrumento Espectroscópico de Energía Oscura (DESI, por sus siglas en inglés) utilizan el mapa tridimensional más extenso del universo jamás creado para rastrear la influencia de la energía oscura en los últimos 11 mil millones de años. Los investigadores han detectado indicios de que la energía oscura, considerada ampliamente como una «constante cosmológica», podría estar evolucionando con el tiempo de maneras inesperadas.
DESI es un experimento internacional que cuenta con más de 900 investigadores de más de 70 instituciones en todo el mundo y es gestionado por el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley del Departamento de Energía de EE. UU. La colaboración compartió sus hallazgos en varios artículos que serán publicados en el repositorio online arXiv y en una presentación durante la Cumbre Global de Física de la Sociedad Americana de Física en Anaheim, California.
Indicios de un cambio en la energía oscura
«Lo que estamos observando es profundamente intrigante», declaró Alexie Leauthaud-Harnett, co-portavoz de DESI y profesora en la Universidad de California en Santa Cruz. «Es emocionante pensar que estamos al borde de un gran descubrimiento sobre la energía oscura y la naturaleza fundamental de nuestro universo».
Los datos de DESI son coherentes con el modelo estándar del universo, Lambda CDM (donde CDM se refiere a materia oscura fría y Lambda representa la forma más simple de energía oscura). Sin embargo, al combinar estos datos con otras mediciones, hay indicios crecientes de que el impacto de la energía oscura podría estar debilitándose con el tiempo, sugiriendo que otros modelos podrían ajustarse mejor a los datos.
Entre estas mediciones se incluyen la luz residual del amanecer del universo (el fondo cósmico de microondas o CMB), las estrellas en explosión (supernovas) y cómo la luz de galaxias distantes es deformada por la gravedad (lente débil).
«Estamos guiados por la navaja de Occam, y la explicación más sencilla de lo que observamos está cambiando», afirmó Will Percival, co-portavoz de DESI y profesor en la Universidad de Waterloo. «Cada vez parece más que necesitamos modificar nuestro modelo estándar de cosmología para reconciliar estos diferentes conjuntos de datos; y la idea de una energía oscura en evolución parece prometedora».
Hasta ahora, la preferencia por una energía oscura en evolución no ha alcanzado el umbral de «5 sigma», el estándar de oro en física que representa un descubrimiento. Sin embargo, diferentes combinaciones de datos de DESI con el CMB, lentes débiles y supernovas oscilan entre 2.8 y 4.2 sigma. (Un evento de 3 sigma tiene un 0.3% de probabilidad de ser un error estadístico, pero muchos eventos de 3 sigma en física han desaparecido con más datos.) La investigación utilizó una técnica para ocultar los resultados a los científicos hasta el final, mitigando cualquier sesgo inconsciente sobre los datos.
«Estamos en el negocio de dejar que el universo nos diga cómo funciona, y tal vez el universo nos esté diciendo que es más complicado de lo que pensábamos», comentó Andrei Cuceu, investigador postdoctoral en Berkeley Lab y co-presidente del grupo de trabajo Lyman-alpha de DESI, que utiliza la distribución de gas de hidrógeno intergaláctico para mapear el universo distante. «Es interesante y nos da más confianza ver que muchas líneas de evidencia apuntan en la misma dirección».
DESI es una de las encuestas más extensas del cosmos jamás realizadas. Este instrumento de última generación captura la luz de 5,000 galaxias simultáneamente. DESI está montado en el telescopio de 4 metros Nicholas U. Mayall del Observatorio Nacional Kitt Peak (un programa de NSF NOIRLab) en Arizona. El experimento se encuentra en su cuarto de cinco años de encuestas del cielo, con planes para medir aproximadamente 50 millones de galaxias y quásares (objetos extremadamente distantes pero brillantes con agujeros negros en sus núcleos) al finalizar el proyecto.
El nuevo análisis utiliza datos de los primeros tres años de observaciones e incluye casi 15 millones de las galaxias y quásares mejor medidos. Se trata de un avance significativo que mejora la precisión del experimento con un conjunto de datos que es más del doble de lo que se utilizó en el primer análisis de DESI, que también insinuó una energía oscura en evolución.
«No es solo que los datos continúan mostrando una preferencia por una energía oscura en evolución, sino que la evidencia ahora es más sólida que antes», afirmó Seshadri Nadathur, profesor en la Universidad de Portsmouth y co-presidente del grupo de trabajo de Agrupación de Galaxias y Quásares de DESI. «También hemos realizado muchas pruebas adicionales en comparación con el primer año, y nos están haciendo confiar en que los resultados no están impulsados por algún efecto desconocido en los datos que no hemos tenido en cuenta».
DESI rastrea la influencia de la energía oscura estudiando cómo se distribuye la materia en el universo. Los eventos en el universo muy temprano dejaron patrones sutiles en cómo se distribuye la materia, una característica llamada oscilaciones acústicas de bariones (BAO). Ese patrón de BAO actúa como una regla estándar, y su tamaño en diferentes momentos se ve directamente afectado por cómo estaba expandiéndose el universo. Medir la regla a diferentes distancias muestra a los investigadores la fuerza de la energía oscura a lo largo de la historia. La precisión de DESI en este enfoque es la mejor del mundo.
«Durante un par de décadas, hemos tenido este modelo estándar de cosmología que es realmente impresionante», comentó Willem Elbers, investigador postdoctoral en la Universidad de Durham y co-presidente del grupo de trabajo de Estimación de Parámetros Cosmológicos de DESI, que calcula los números que describen nuestro universo. «A medida que nuestros datos se vuelven cada vez más precisos, estamos encontrando posibles grietas en el modelo y dándonos cuenta de que podríamos necesitar algo nuevo para explicar todos los resultados de manera conjunta».
La colaboración comenzará pronto a trabajar en análisis adicionales para extraer aún más información del conjunto de datos actual, y DESI seguirá recopilando datos. Otros experimentos que se pondrán en marcha en los próximos años también proporcionarán conjuntos de datos complementarios para futuros análisis.
«Nuestros resultados son un terreno fértil para nuestros colegas teóricos mientras examinan nuevos modelos y los existentes, y estamos entusiasmados por ver qué se les ocurre», declaró Michael Levi, director de DESI y científico en Berkeley Lab. «Cualquiera que sea la naturaleza de la energía oscura, dará forma al futuro de nuestro universo. Es realmente notable que podamos mirar al cielo con nuestros telescopios y tratar de responder una de las preguntas más grandes que la humanidad se ha planteado».
Los videos que discuten el nuevo análisis del experimento están disponibles en el canal de YouTube de DESI. Junto con la presentación de sus últimos resultados sobre energía oscura en la reunión de la APS, la colaboración de DESI anunció que su Primera Liberación de Datos (DR1), que contiene los primeros 13 meses de datos de la encuesta principal, ahora está disponible para que cualquiera la explore. Con información sobre millones de objetos celestiales, el conjunto de datos apoyará una amplia gama de investigaciones astrofísicas por parte de otros, además de los objetivos cosmológicos de DESI.
