Un nuevo estudio sobre estrellas en explosión muestra que la energía oscura puede ser más complicada de lo que pensábamos
Brad Tucker*
Universidad Nacional de Australia
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¿De qué está hecho el universo? Esta pregunta ha impulsado a los astrónomos durante cientos de años.
Durante el último cuarto de siglo, los científicos han creído que cosas “normales” como los átomos y las moléculas que componen usted, yo, la Tierra y casi todo lo que podemos ver representan sólo el 5% del universo. Otro 25% es “materia oscura”, una sustancia desconocida que no podemos ver pero que podemos detectar por cómo afecta a la materia normal a través de la gravedad.
El 70% restante del cosmos está compuesto de “energía oscura”. Descubierta en 1998, se trata de una forma desconocida de energía que se cree que hace que el universo se expanda a un ritmo cada vez mayor.
En un nuevo estudio que se publicará próximamente en el Astronomical Journal, hemos medido las propiedades de la energía oscura con más detalle que nunca. Nuestros resultados muestran que puede ser una energía de vacío hipotética propuesta por primera vez por Einstein, o puede ser algo más extraño y complicado que cambia con el tiempo.
¿Qué es la energía oscura?
Cuando Einstein desarrolló la Teoría General de la Relatividad hace más de un siglo, se dio cuenta de que sus ecuaciones mostraban que el universo debería expandirse o contraerse. Esto le parecía incorrecto, por lo que añadió una “constante cosmológica” (un tipo de energía inherente al espacio vacío) para equilibrar la fuerza de gravedad y mantener el universo estático.
Más tarde, cuando el trabajo de Henrietta Swan Leavitt y Edwin Hubble demostró que el universo se estaba expandiendo, Einstein eliminó la constante cosmológica, calificándola de su “mayor error”.
Sin embargo, en 1998, dos equipos de investigadores descubrieron que la expansión del universo en realidad se estaba acelerando. Esto implica que, después de todo, puede existir algo bastante similar a la constante cosmológica de Einstein, algo que ahora llamamos energía oscura.
Desde esas mediciones iniciales, hemos estado utilizando supernovas y otras sondas para medir la naturaleza de la energía oscura. Hasta ahora, estos resultados han demostrado que la densidad de energía oscura en el universo parece ser constante.
Esto significa que la fuerza de la energía oscura sigue siendo la misma, incluso a medida que el universo crece; no parece extenderse más a medida que el universo se hace más grande. Medimos esto con un número llamado w . De hecho, la constante cosmológica de Einstein fijó w en –1, y observaciones anteriores han sugerido que esto era correcto.
Estrellas en explosión como varas de medir cósmicas
¿Cómo medimos lo que hay en el universo y qué tan rápido está creciendo? No tenemos cintas métricas enormes ni balanzas gigantes, por lo que utilizamos “velas estándar”: objetos en el espacio cuyo brillo conocemos.
Imagina que es de noche y estás parado en una carretera larga con algunos postes de luz. Todos estos polos tienen la misma bombilla, pero los polos más alejados son más débiles que los cercanos.
En una supernova de Tipo Ia, una enana blanca extrae lentamente masa de una estrella vecina antes de explotar. NASA / JPL-Caltech , CC BY
Esto se debe a que la luz se desvanece proporcionalmente con la distancia. Si conocemos la potencia de la bombilla y podemos medir qué tan brillante parece ser, podemos calcular la distancia al poste de luz.
Para los astrónomos, una bombilla cósmica común es una especie de estrella en explosión llamada supernova de tipo Ia. Se trata de estrellas enanas blancas que a menudo absorben materia de una estrella vecina y crecen hasta alcanzar 1,44 veces la masa de nuestro Sol, momento en el que explotan. Al medir la rapidez con la que se desvanece la explosión, podemos determinar qué tan brillante era y, por tanto, a qué distancia de nosotros.
El estudio de la energía oscura
El Dark Energy Survey es el mayor esfuerzo hasta ahora para medir la energía oscura. Más de 400 científicos de varios continentes trabajan juntos durante casi una década para observar repetidamente partes del cielo austral.
Las observaciones repetidas nos permiten buscar cambios, como nuevas estrellas en explosión. Cuanto más a menudo observes, mejor podrás medir estos cambios, y cuanto mayor sea el área que busques, más supernovas podrás encontrar.
El telescopio de 4 metros del Observatorio Interamericano Cerro Tololo que fue utilizado por el Dark Energy Survey. Reidar Hahn / Fermilab , CC BY
Los primeros resultados que indican la existencia de energía oscura utilizaron sólo un par de docenas de supernovas. Los últimos resultados del Dark Energy Survey utilizan alrededor de 1.500 estrellas en explosión, lo que proporciona una precisión mucho mayor.
Utilizando una cámara especialmente construida e instalada en el Telescopio Blanco de 4 metros en el Observatorio Interamericano Cerro-Tololo en Chile, el estudio encontró miles de supernovas de diferentes tipos. Para determinar cuáles eran de Tipo Ia (el tipo que necesitamos para medir distancias), utilizamos el Telescopio Anglo Australiano de 4 metros en el Observatorio Siding Spring en Nueva Gales del Sur.
El Telescopio Anglo Australiano tomó medidas que descompusieron los colores de la luz de las supernovas. Esto nos permite ver una "huella digital" de los elementos individuales en la explosión.
Las supernovas de tipo Ia tienen algunas características únicas, como no contener hidrógeno ni silicio. Y con suficientes supernovas, el aprendizaje automático nos permitió clasificar miles de supernovas de manera eficiente.
Más complicado que la constante cosmológica
Finalmente, después de más de una década de trabajo y estudio de alrededor de 1.500 supernovas de tipo Ia, el Dark Energy Survey ha producido una nueva y mejor medición de w . Encontramos w = –0,80 ± 0,18, por lo que está entre –0,62 y –0,98.
Este es un resultado muy interesante. Está cerca de –1, pero no exactamente ahí. Para ser la constante cosmológica, o la energía del espacio vacío, tendría que ser exactamente –1.
¿Dónde nos deja esto? Con la idea de que puede ser necesario un modelo más complejo de energía oscura, tal vez uno en el que esta misteriosa energía haya cambiado a lo largo de la vida del universo.
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Brad Tucker*
Astrofísico/Cosmólogo, Universidad Nacional de Australia
Declaración de divulgación
Brad E Tucker recibe financiación del Consejo Australiano de Investigación y del Gobierno de ACT.
Socios
La Universidad Nacional de Australia proporciona financiación como miembro de The Conversation AU.
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