Acorralando la energía oscura

Los primeros datos de una campaña de observación cosmológica permiten acercarse a los momentos cuando la energía oscura empezó a hacerse notar.

No tenemos ni idea de lo que pueden ser la materia y la energía oscura, pero hay que reconocer que encajan muy bien con las observaciones.

Antes de descubrirse la energía oscura ya se tenía constancia de la existencia de la materia oscura. Si se tenía en cuenta toda la materia ordinaria y la oscura no había suficiente masa-energía como para que el Universo fuera cerrado o plano, debía ser un Universo abierto. Las medidas del fondo cósmico de microondas, primero con globos y luego con el WMAP, revelaron que el Universo era exactamente plano. Esta media es puramente geométrica y no depende del modelo empleado. Pero entre esas medidas con globos y las medidas el WMAP se fueron recopilando más y más datos de supernovas de tipo Ia que indicaban que existía una forma de energía que empapaba todo el espacio y hacía que el universo se expandiera cada vez más rápido.

Pues bien, si se contabiliza la energía oscura, la materia oscura y ordinaria entonces es justo la masa-energía que se necesitaba para que el Universo sea plano. Todo encaja, aunque no sepamos de qué clase de energía se trata. Se parece, eso sí, a la constante cosmológica.

La energía oscura es siempre la misma por unida de espacio, pero como el espacio está en expansión y la materia que hay es siempre la misma el efecto de la gravedad se hace cada vez más débil al diluirse la materia y la energía oscura va ganado sobre la gravedad.

Al final todo se expandirá a un ritmo tal que perderemos de vista el resto de las galaxias e incluso puede que la expansión impida la formación de nuevas estrellas y disgregue las galaxias. Vivimos en un momento cosmológicamente privilegiado. Un momento en el que es posible la vida y saber sobre el pasado y futuro del Universo. Quizás otras civilizaciones del futuro no tengan tanta suerte.

Hubo un momento en el no se podía saber la existencia de la energía oscura. Su efecto era tan débil que la gravedad lo enmascaraba. En ese momento la materia casi ganó la partida, pero no consiguió detener la expansión y ahora la energía oscura se perfila como el ganador indiscutible.

Para poder confirmar aun más la existencia de la energía oscura los astrofísicos quieren observar ese momento, hace unos 6000 millones de años, en el que hubo ese punto de inflexión. En teoría es relativamente fácil, pues basta con mirar lo suficientemente lejos como para ver el pasado que deseemos. En este caso a 6000 millones de años luz, casi la mitad del radio del Universo visible.

En la práctica no es fácil, pues cuanto más lejano es un objeto menos luz nos llega de él debido a la ley de la inversa del cuadrado de la distancia, una ley puramente geométrica. Obtener perfiles de intensidad y espectros de objetos situados a esas distancias es muy difícil. Se espera que algún día se tengan telescopios espaciales dedicados a la observación de supernovas muy lejanas para así comprobar este punto. Mientras tanto los astrofísicos se las han apañado para buscar otros sistemas de medida.

Uno de estos métodos se basa en las oscilaciones acústicas bariónicas. En la campaña III del Sloan Digital Sky Survey se estudian los componentes de BOSS (Baryon Oscillation Spectroscopic Survey), es decir, las oscilaciones acústicas bariónicas, que nos pueden hablar de la energía oscura. Ya han presentado los primeros resultados. Han conseguido medir ya objetos a distancias en las que se produjo el punto de inflexión en el que la energía oscura empezó a acelerar la expansión del Universo.

Las oscilaciones acústicas bariónicas permiten determinar la distancia a las galaxias lejanas midiendo el ángulo aparente entre estructuras cosmológicas de tamaño conocido, en concreto entre los puntos en los que hay mayor densidad galaxias sobre la red de filamentos y vacíos de la estructura a gran escala del Universo. Se mide la luz producida por la materia ordinaria de esas galaxias, que ésta está hecha principalmente de bariones, y de ahí el nombre asignado.

Como la distribución de estos puntos de alta concentración de materia ordinaria es regular en promedio, el ángulo entre ellos da una estimación de la distancia que hay desde nosotros hasta ellos. Cuanto más pequeño es el ángulo entre dos picos contiguos más lejanos están esos dos puntos de nosotros.

Estas estructuras a gran escala vienen determinadas por el Big Bang y las ondas acústicas (de origen cuántico en último término) que permitieron introducir inhomogeneidades u oscilaciones en la materia y que ésta formara galaxias y cúmulos de galaxias.
 

La distancia nos dice además la edad de los objetos observados, debido a que la velocidad de la luz es fija. Los vemos cómo eran en un momento dado no cómo son ahora. Una estructura a 6000 millones de años luz se nos muestra cómo era hace 6000 millones de años. Un dato que podemos comparar con el corrimiento al rojo de las líneas espectrales, a mayor corrimiento al rojo mayor distancia, que además nos revela cuánto se ha expandido el espacio. Recodemos que el corrimiento al rojo cosmológico depende de la expansión del espacio y no de los movimientos de los objetos, como en el caso del efecto Doppler.

En esta campaña han podido realizar medidas de este tipo de objetos situados hasta a 7000 millones de años luz con bastante precisión. Han medido 327.349 galaxias masivas sobre 3275 grados cuadrados del cielo alcanzando hasta un corrimiento al rojo de z=0,7. Aunque el corrimiento promedio es de z=0,57. Téngase en cuenta que en este tipo de campañas se estudia en Universo en 3D con cierta profundidad, así que el corrimiento al rojo de los objetos más cercanos es muy distinto al de los más lejanos. En todo caso la precisión en la medida de distancias se han conseguido con un error de sólo un 1,7%. Nunca se habían tomado datos cosmológicos de este tipo con tanta riqueza y precisión.

Las oscilaciones producidas en la materia debido a las ondas acústicas se pueden observar ahora tal y como eran 380.000 años después del Big Bang en el fondo cósmico de microondas. Esto permite calibrar la escala de las oscilaciones acústicas bariónicas y usarlas en este método para medir la expansión del Universo a lo largo del tiempo cosmológico.
Todas estas medidas permitirán dilucidar qué propuestas a energía oscura encajan mejor con la realidad o si la Relatividad General necesita algún tipo de corrección.

Naturalmente no todo es sencillo y las galaxias tienen movimiento propio dentro del cúmulo que tiende a cambiar su corrimiento al rojo. Se necesita un análisis estadístico para restar este efecto y obtener el corrimiento al rojo puramente cosmológico del cúmulo en su conjunto.

Estos investigadores del proyecto Sloan han conseguido ya medir la gravedad en la escala de 100 millones de años luz.
Estos primeros datos suponen una cuarta parte de los que tienen planeado obtener cuando la actual campaña finalice en 2014.

De momento todo parece apuntar a un modelo de Universo plano con un cuarto de materia oscura, un pequeño porcentaje de materia ordinaria y el resto energía oscura en la forma de constante cosmológica. Sin embargo, los investigadores implicados se muestran cautos debido a que los datos no permiten de momento confirmar esta constante cosmológica. Los datos son consistentes con ella, pero no son concluyentes. Si hay sorpresas esperan encontrarlas.

Es ahora cuando han empezado a explorar los tiempos en los que la energía oscura empezó a hacer notar su existencia, cuando completen la campaña sabremos mucho más sobre cómo funciona el Universo.
 
Fuentes y referencias:
NeoFronteras (Copyleft)
Nota de prensa.
Artículo en ArXiv.

Fuente: neofronteras.com