Hace más de diez años, el Estudio de energía oscura (DES) Comenzó a mapear el Universo para encontrar evidencia que pudiera ayudarnos a comprender la naturaleza del misterioso fenómeno conocido como energía oscura.
Soy uno de los más de 100 científicos que han contribuido a producir el resultado final. Medición DESque acaba de ser publicado en el 243a reunión de la Sociedad Astronómica Estadounidense en Nueva Orleans.
Energía oscura Se estima que constituye casi el 70 por ciento del Universo observable, pero todavía no entendemos qué es. Si bi en su naturaleza sigue siendo misteriosa, el impacto de la energía oscura se siente a gran escala. Su efecto principal es impulsar el expansión acelerada del universo
El anuncio en Nueva Orleans puede acercarnos a una mejor comprensión de esta forma de energía. Entre otras cosas, nos da la oportunidad de contrastar nuestras observaciones con una idea llamada constante cosmológica que fue introducido por Albert Einstein en 1917 como una forma de contrarrestar los efectos de la gravedad en sus ecuaciones para lograr un Universo que no se expandiera ni se contrajera. Más tarde, Einstein lo eliminó de sus cálculos.
Sin embargo, los cosmólogos descubrieron más tarde que no sólo el Universo se estaba expandiendo, sino que la expansión se estaba acelerando. Esta observación se atribuyó a la misteriosa cantidad llamada energía oscura.
El concepto de constante cosmológica de Einstein podría en realidad explicar la energía oscura si tuviera un valor positivo (lo que le permitiría adaptarse a la expansión acelerada del cosmos).
Los resultados del DES son la culminación de décadas de trabajo realizado por investigadores de todo el mundo y proporcionan una de las mejores mediciones hasta el momento de un parámetro difícil de alcanzar llamado “w”, que significa “ecuación de estado” de la energía oscura. Desde el descubrimiento de la energía oscura en 1998, el valor de su ecuación de estado ha sido una cuestión fundamental.
Este estado describe la relación entre presión y densidad de energía de una sustancia. Todo en el Universo tiene una ecuación de estado.
Su valor indica si una sustancia es gaseosa, relativista (descrita por la teoría de la relatividad de Einstein) o no, o si se comporta como un fluido. Elaborar esta cifra es el primer paso para comprender realmente la verdadera naturaleza de la energía oscura.
Nuestra mejor teoría para w predice que debería ser exactamente menos uno (w=-1). Esta predicción también supone que la energía oscura es la constante cosmológica propuesta por Einstein.
Subvirtiendo las expectativas
Una ecuación de estado de menos uno nos dice que a medida que aumenta la densidad de energía de la energía oscura, también aumenta la presión negativa. Cuanta más densidad de energía hay en el Universo, más repulsión hay; en otras palabras, la materia empuja a otra materia. Esto conduce a un Universo en constante expansión y aceleración. Puede parecer un poco extraño, ya que va en contra de la intuición de todo lo que experimentamos en la Tierra.
El trabajo utiliza la sonda más directa que tenemos sobre la historia de la expansión del Universo: Supernovas de tipo Ia. Se trata de un tipo de explosión estelar y actúan como una especie de criterio cósmico, lo que nos permite medir distancias asombrosamente grandes en el Universo. Luego, estas distancias se pueden comparar con nuestras expectativas. Se trata de la misma técnica que se utilizó para detectar la existencia de energía oscura hace 25 años.
La diferencia ahora está en el tamaño y la calidad de nuestra muestra de supernovas. Utilizando nuevas técnicas, el equipo DES tiene 20 veces más datos, en una amplia gama de distancias. Esto permite realizar una de las mediciones de w más precisas jamás realizadas, dando un valor de -0,8.
A primera vista, este no es el valor exacto menos uno que predijimos. Esto podría indicar que no es la constante cosmológica. Sin embargo, la incertidumbre en esta medición es lo suficientemente grande como para permitir menos uno con una probabilidad del 5 por ciento, o probabilidades de apuestas de sólo 20 a 1. Este nivel de incertidumbre aún no es lo suficientemente bueno como para decirlo de cualquier manera, pero es un excelente comienzo.
La detección de la partícula subatómica del bosón de Higgs en 2012 en el Gran Colisionador de Hadrones requería probabilidades de un millón a uno de estar equivocado.
Sin embargo, esta medición puede indicar El fin de los modelos “Big Rip” que tienen ecuaciones de estado que son más negativas que uno. En tales modelos, el Universo se expandiría indefinidamente a un ritmo cada vez más rápido, llegando a separar galaxias, sistemas planetarios e incluso el propio espacio-tiempo. Eso es un alivio.
Como es habitual, los científicos quieren más datos y esos planes ya están en marcha. Los resultados de DES sugieren que nuestras nuevas técnicas funcionarán para futuros experimentos de supernovas con La misión Euclides de la ESA (lanzado en julio de 2023) y el nuevo Observatorio Vera Rubin en Chile. Este observatorio pronto debería utilizar su telescopio para tomar una primera imagen del cielo tras su construcción, lo que permitirá vislumbrar sus capacidades.
Estos telescopios de próxima generación podrían encontrar miles de supernovas más, lo que nos ayudaría a realizar nuevas mediciones de la ecuación de estado y arrojaría aún más luz sobre la naturaleza de la energía oscura.
Robert NicholPro Vicerrector y Decano Ejecutivo, Universidad de Surrey
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