Una muestra de más de 1.500 supernovas realizada por la cámara de energía oscura ha puesto fuertes limitaciones a la acelerada expansión del universo.
Los resultados sugieren que la fuerza misteriosa que impulsa esta aceleración cósmica, la energía oscura, puede cambiar con el tiempo, variando en densidad, lo que pone en entredicho el modelo estándar de la cosmología.
Los resultados fueron proporcionados por la mayor muestra de supernovas que se ha cosechado nunca con un solo instrumento como parte de la Encuesta de energía oscura. Las supernovas fueron fundamentales para el descubrimiento a finales de la década de 1990 de que el universo no sólo se está expandiendo, sino que también lo está haciendo a un ritmo acelerado.
Esto fue una gran sorpresa para los físicos, que lo aguardaban tras la rápida inflación inicial del cosmos durante el Big Bang. La expansión cósmica debería haberse ralentizado, pero se está acelerando.
La energía oscura se sugirió como marcador de posición para cualquier aspecto desconocido del universo que está causando esa aceleración cósmica misteriosa y preocupante, pero los científicos no pueden decir a ciencia cierta qué es. Este problema se ve agravado por el hecho de que ahora se cree que la energía oscura representa entre el 65% y el 70% de la energía y materia totales del cosmos.
La Encuesta de Energía Oscura realizada por la cámara de energía oscura montada en el telescopio Víctor M. Blanco de 4 metros del Observatorio Interamericano Cerro Tololo, en el norte de Chile, muestra que las observaciones de supernovas siguen siendo fundamentales para resolver el misterio que estas investigaciones desataron hace 25 años.
Los nuevos resultados de la Encuesta sobre la energía oscura se presentaron en la 243 ª reunión de la Sociedad Astronómica Americana el 8 de enero de 2024, y el equipo que hay detrás añadió que son coherentes con el modelo estándar de cosmología , la llamada «materia oscura fría Lambda». modelo (ΛCDM), que presenta un universo con expansión acelerada.
Éstos imponen las limitaciones más estrictas a la historia de la expansión a lo largo de los 13.800 millones de años de historia del cosmos, pero también dejan espacio para modelos más complejos del universo.
Investigando la energía oscura con velas estándar
Para recoger estos datos, la cámara de energía oscura de 570 megapíxeles construida por Fermilab observó el cielo sobre la Tierra durante 758 noches, observando 2 millones de galaxias lejanas. Dentro de éstas, la potente cámara detectó miles de supernovas.
De esta muestra, el aprendizaje automático pudo determinar que 1.499 eran un tipo especial de explosión estelar llamada supernova de tipo Ia. Éstos se producen cuando las estrellas muertas llamadas enanas blancas, que hace tiempo que han agotado el hidrógeno para impulsar la fusión nuclear y convertirse en helio en sus núcleos, existen en un sistema binario con otra estrella.
Las enanas blancas arrastran material de su estrella acompañante o «dando», ya medida que esta materia se acumula a la estrella muerta, puede empujar a la enana blanca más allá del llamado límite de Chandrasekhar. Éste es el límite de masa que necesita una estrella para convertirse en supernova.
Estas supernovas de tipo Ia son tan uniformes que los científicos las llaman «velas estándar» y su luz puede utilizarse para medir grandes distancias a través del cosmos.
Además, dado que la longitud de onda de la luz de los objetos lejanos se extiende hacia el extremo rojo del espectro electromagnético, un proceso llamado «desplazamiento hacia el rojo», a medida que se alejan de la Tierra , la salida de luz uniforme de las velas estándar a diferentes distancias se puede utilizar para medir. la expansión del universo.
La comparación del desplazamiento al rojo de las supernovas de tipo Ia más cercanas con el desplazamiento al rojo de las explosiones de enanas blancas más lejanas, y por tanto anteriores, puede, por tanto, dar una pista de la fuerza de esta expansión y, por tanto, de la densidad de la materia oscura en los períodos correspondientes de la historia cósmica.
Los nuevos resultados de la Encuesta sobre la energía oscura triplican el número conocido de supernovas con un desplazamiento hacia el rojo de unos 0,2, que corresponde a una distancia de unos 2.500 millones de años luz de distancia. Quintuplica el número conocido de velas estándar con un desplazamiento hacia el rojo de unos 0,5, que se correlaciona con una distancia de unos 6.000 millones de años luz de distancia.
«Es una escalada realmente masiva desde hace 25 años, cuando sólo se utilizaron 52 supernovas para inferir energía oscura», dijo Tamara Davis, miembro del grupo de trabajo de Dark Energy Survey y profesora de la Universidad de Queensland, en un comunicado .
La energía oscura no siempre fue tan densa
Con un tamaño de muestra tan grande de supernovas de tipo Ia a través de un ancho de distancias cósmicas, el equipo podría rastrear un registro de expansión cósmica al combinar las distancias de estas explosiones con la velocidad a la que se alejan de la Tierra.
Esto actuó como una indicación de si la densidad de energía oscura se había mantenido estable, algo que parecía no ser así.
«A medida que el universo se expande, la densidad de la materia baja», dijo el director y portavoz de Dark Energy Survey Rich Kron en el mismo comunicado. «Pero si la densidad de energía oscura es constante, esto significa que la proporción total de energía oscura debe aumentar a medida que aumenta el volumen».
Esto podría ser un reto para el modelo ΛCDM del universo, un modelo matemático que describe cómo evoluciona el universo con sólo algunas características clave como la densidad de la materia, el tipo de materia y el comportamiento de la energía oscura.
Esto se debe a que ΛCDM asume que la densidad de energía oscura es constante y no se diluye a medida que el universo se expande, lo que estos resultados de la encuesta de supernovas sugieren que quizás no es cierto.
«Hay indicios tentadores de que la energía oscura cambia con el tiempo. Encontramos que el modelo más sencillo de energía oscura, ΛCDM, no es el mejor», añadió Davis. «No es tan lejano que lo hemos descartado, pero en la búsqueda de entender qué está acelerando la expansión del universo, ésta es una nueva pieza intrigante del rompecabezas. Puede que sea necesaria una explicación más compleja».
Es posible que las respuestas a este enigma deban esperarse hasta que la próxima generación de encuestas de supernovas comience y salga de la Encuesta de energía oscura.
«Este resultado muestra claramente el valor de los proyectos de encuesta astronómica que siguen dando una ciencia excelente mucho después de haber terminado la recogida de datos», dijo el director del programa de la División de Ciencias Astronómicas de la National Science Foundation , Nigel Sharp, en el mismo comunicado.
«Necesitamos tantos enfoques diversos como podamos obtener para entender qué es y qué no la energía oscura. Ésta es una ruta importante para esta comprensión».
Los resultados de la encuesta de energía oscura se han enviado al Astrophysical Journal.
Foto: Space
