El mapa 3D más grande y preciso del universo

En el universo, las distancias son inconmensurables. No solo en el sentido del espacio, también en lo que respecta al tiempo: la expansión del universo nos permite medir el tiempo de vida del cosmos. Y gracias a ello, retrocediendo el camino, llegamos al Big Bang y este trayecto nos permite crear un mapa de cómo ha cambiado el universo a lo largo del tiempo. Y del espacio.

La historia comienza con 5.000 pequeños robots en un telescopio en la cima de una montaña. La luz de objetos lejanos llega al Instrumento Espectroscópico de Energía Oscura (DESI por sus siglas en inglés, una colaboración internacional de más de 900 investigadores de más de 70 instituciones de todo el mundo), lo que nos permite mapear nuestro cosmos tal como era en su juventud, 11.000 millones de años atrás, y rastrear su crecimiento hasta lo que vemos hoy.

Comprender cómo ha evolucionado nuestro universo está ligado a cómo termina y también a uno de los mayores misterios de la física: la energía oscura, el ingrediente desconocido que hace que nuestro universo se expanda cada vez más rápido.

Para estudiar los efectos de la energía oscura durante los últimos 11 mil millones de años, DESI ha creado el mapa 3D más grande de nuestro cosmos jamás construido, con las mediciones más precisas hasta la fecha. Esta es la primera vez que los científicos miden la historia de expansión del universo joven con una precisión superior al 1%, lo que nos brinda nuestra mejor visión hasta ahora de cómo evolucionó el universo. Los resultados se han publicado en varios artículos que se han publicado en arXiv.

"Estamos increíblemente orgullosos de los datos, que han producido resultados cosmológicos líderes en el mundo y son los primeros en surgir de la nueva generación de experimentos de energía oscura – explica en un comunicado Michael Levi, director del proyecto -. Hasta ahora, estamos viendo un acuerdo básico con nuestro mejor modelo del universo, pero también vemos algunas diferencias potencialmente interesantes que podrían indicar que la energía oscura está evolucionando con el tiempo. Es posible que desaparezcan o no, por lo que estamos entusiasmados de comenzar a analizar nuestro conjunto de datos de tres años pronto".

Tanto la materia como la energía oscura dan forma a la expansión del universo, pero de maneras opuestas. La materia y la materia oscura frenan la expansión, mientras que la energía oscura la acelera. La cantidad de cada uno influye en cómo evoluciona nuestro universo.

"Ningún experimento espectroscópico ha tenido tanta información antes, y seguimos recopilando datos de más de un millón de galaxias cada mes – añade Nathalie Palanque-Delabrouille, coautora del estudio -. Es sorprendente que con sólo nuestro primer año de datos, ya podamos medir la historia de expansión de nuestro universo en siete segmentos diferentes del tiempo cósmico, cada uno con una precisión del 1 al 3%".

La precisión general de DESI sobre la historia de la expansión a lo largo de los 11 mil millones de años es del 0,5%, y la época más distante, que abarca hace entre 8 y 11 mil millones de años, tiene una precisión récord del 0,82%. Esa medición de nuestro joven universo es increíblemente difícil de hacer. Sin embargo, en un año, DESI se ha vuelto dos veces más poderoso para medir la historia de la expansión en estos primeros tiempos que su predecesor (el BOSS/eBOSS de Sloan Digital Sky Survey), cuyos datos se obtuvieron más de una década atrás.

Al observar el mapa de DESI, es fácil ver la estructura subyacente del universo: cadenas de galaxias agrupadas, separadas por vacíos con menos objetos. Sin embargo, nuestro universo primitivo, mucho más allá de la visión de DESI, era bastante diferente: una sopa densa y caliente de partículas subatómicas que se movían demasiado rápido para formar materia estable.

"Hemos medido la historia de la expansión del universo con una precisión que supera todos los estudios anteriores combinados - añade Hee-Jong Seo, coautora del estudio -. Estamos muy entusiasmados de saber cómo estas nuevas mediciones mejorarán y alterarán nuestra comprensión del cosmos. Los humanos sentimos una fascinación eterna por nuestro universo y queremos saber de qué está hecho y qué le sucederá".

Usar galaxias para medir la historia de la expansión y comprender mejor la energía oscura es una técnica, pero sólo puede llegar hasta cierto punto. En cierto punto, la luz de las galaxias típicas es demasiado débil, por lo que los investigadores recurren a los quásares, núcleos galácticos brillantes y extremadamente distantes con agujeros negros en sus centros.

Con esto en mente, el equipo de DESI utilizó 450.000 quásares, el conjunto más grande jamás recopilado para estas mediciones, para ampliar sus mediciones, pero el objetivo final es mapear 3 millones de cuásares y 37 millones de galaxias.

"El conjunto de datos que estamos recopilando es excepcional – afirma Julien Guy, quien también formó parte del estudio -, al igual que el ritmo al que los recopilamos. Esta es la medición más precisa que he hecho en mi vida. Estamos en la era dorada de la cosmología, con estudios a gran escala en curso y a punto de iniciarse, y nuevas técnicas en desarrollo para aprovechar al máximo estos conjuntos de datos. Todos estamos realmente motivados para ver si los nuevos datos confirmarán las características que vimos en nuestra muestra del primer año y construirán una mejor comprensión de la dinámica de nuestro universo".