La energía oscura podría estar cambiando: esto es lo que significa para nuestra comprensión del cosmos

El modelo estándar de cosmología, la mejor teoría de trabajo que tenemos para explicar el universo, se conoce como λcdm (pronunciado lambda-cdm). Lambda es el símbolo de la constante cosmológica y los CDM significa materia oscura fría. Según esto, el universo está hecho de materia regular (5 por ciento), materia oscura (25 por ciento) y energía oscura (70 por ciento). Ni la materia oscura ni la energía oscura se entienden y estos nuevos hallazgos pueden cambiar nuestras expectativas de este último.

Las grietas en el modelo estándar de cosmología

Dark Energy Survey (DES) ha recopilado datos de millones de galaxias. Estos datos proporcionaron un mapa preciso del universo que puede usarse para estimar las propiedades de la energía oscura estudiando la expansión del cosmos. Mide distancias utilizando supernovas específicas (tipo IA) que se usan como «velas estándar»: siempre tienen la misma luminosidad para que siempre pueda trabajar desde lejos.

Esto significaría que la energía oscura no es simplemente energía de vacío, sino que necesitaría ser algo más exótico. [T]El suyo podría ser una pista para una quinta fuerza en la naturaleza, más allá de las cuatro fuerzas bien conocidas … o que hay alguna modificación para la ley de gravedad de Einsteins, la relatividad general.

Dr. Santiago Avilla

También midieron las oscilaciones acústicas de Baryon (BAO), que se pueden imaginar como ondas sonoras en la distribución de la materia del universo, alcanzando cada 500 millones de años luz. Los datos de DES de 16 millones de galaxias sugirieron que el BAO medido es 4 por ciento más pequeño de lo predicho por λCDM.

“It is exciting to see the power of the Dark Energy Survey when combining its different probes. Whereas our supernova results and our BAO results from last year were already exciting. By putting them together, we can observe the cracks in ΛCDM, which is considered the standard model of cosmology,” Dr Santiago Avila from the Centre for Energy, Environmental and Technological Research (CIEMAT) in Spain, who was responsible for the BAO analysis in DES, told Iflscience.

Un esfuerzo internacional para alcanzar estos resultados

Si comprender la energía oscura o la materia oscura fuera fácil, ya lo habríamos hecho. Si bien se cree que dominan el universo, sus efectos no son inmediatamente obvios en nuestros laboratorios. Es solo estudiando las grandes escamas en el universo, que podemos tratar de comprender sus propiedades.

“Getting to these cosmology results took years of collaborative effort by hundreds of people in the Dark Energy Survey. Their work spanned designing the camera on the telescope, conducting over 700 nights of observation, and developing a number of state-of-the-art analysis methods to characterize galaxies in images, finding and classify supernovae, and running simulations to develop a comprehensive understanding of uncertainties impacting the measurements, among other things,” Professor Jessie Muir de la Universidad de Cincinnati le dijo a IFLScience.

«Todos esos desarrollos representan desafíos que tuvieron que superarse para usar los datos de DES para probar modelos de energía oscura».

¿Qué es incluso la energía oscura?

Si los resultados son realmente correctos y la energía oscura no es una constante cosmológica, entonces los científicos deben comenzar a repensar lo que es la energía oscura. Su verdadera naturaleza continúa envuelta en un misterio, pero el trabajo de DES y otras encuestas próximas proporcionarán aún más información sobre las propiedades de esta energía.

«Estamos viviendo en una era emocionante para la cosmología, y este trabajo se suma a la creciente evidencia en apoyo de una energía oscura en evolución. El modelo λcdm, que ha sido el modelo estándar en cosmología en las últimas décadas, puede no ser suficiente para interpretar los datos de los últimos experimentos cosmológicos», dijo el Dr. Juan Mena-Fernández de los físicos subatómicos y los laboratorios de Cosmología en GrenObor,, en GrenObor,.

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«Esto significaría que la energía oscura no es simplemente la energía del vacío, sino que necesitaría ser algo más exótico. Por ejemplo, esto podría ser una pista para una quinta fuerza en la naturaleza, más allá de las cuatro fuerzas bien conocidas. Otra alternativa podría ser que hay alguna modificación para la ley de gravedad de Einsteins, la relatividad general. le dijo a Iflscience.

El modelo estándar no lo está pasando bien

Uno de los principales puntos de discusión sobre el modelo estándar en los últimos años ha sido la tensión del Hubble. Los diferentes métodos para estimar la tasa de expansión del universo hoy obtienen diferentes números.

Utilizando datos del fondo cósmico de microondas (CMB), los científicos resolvieron que el universo se está expandiendo a una tasa de 67.4 kilómetros por segundo por megaparsec, con 1 megaparsec siendo 3.26 millones de años luz. Esto significa que si dos galaxias están separadas por 1 megaparsec, la expansión del universo las haría parecer que se están alejando el uno del otro a una velocidad de 67.4 kilómetros (42 millas) por segundo. Un método diferente conocido como la distancia-ladde, R que utilizaba velas estándar conocidas como estrellas variables cepheidas, encontró un valor de 73 kilómetros por segundo por megaparsec.

Nos intrigó la posibilidad de que una energía oscura en evolución pudiera resolver este otro enigma, pero el equipo roció nuestras esperanzas.

“When interpreting the data from BAO and SN from DES (also including CMB from Planck) assuming an evolving dark energy, the values ​​for the Hubble constant we obtain (~68+-1 km/s/Mpc) is consistent with the one we get when assuming ΛCDM (~67.0+-0.5 km/s/Mpc). This means that the tension with the measurements using distance-ladder methods (~ 73+-1 km/s/mpc) todavía está allí ”, explicó el Dr. Mena Fernández.

¿A dónde vamos desde aquí?

El desafío para el modelo estándar se ha descartado, pero no significa que todo sea necesario expulsarse. Una energía oscura que se está debilitando con el tiempo podría ajustarse fácilmente en el modelo estándar después de ajustes y mejoras, sin tener que considerarla completamente obsoleta. Queda mucho por entenderse al respecto. El equipo está planeando observaciones futuras, así como trabajando para mejorar las técnicas, para asegurarse de que el análisis sea tan correcto como sea posible.

«En los próximos meses lanzaremos más resultados del DES completado, con estudios sobre la agrupación de la materia sondeada con galaxias y lentes gravitacionales que proporcionan información complementaria a los resultados que están disponibles ahora, que se basan en mediciones de distancia que sondean el historial de expansión del universo», dijo el profesor Muir a Iflscience.

«También tenemos un ojo a los resultados emocionantes que surgen de otras encuestas de cosmología, como las mediciones de BAO de Desi, y mirando hacia el futuro, entre otras cosas, la detección de grandes cantidades de supernovas adicionales con el Observatorio Vera Rubin LSST, que comenzará a tomar datos científicos a finales de este año».

Además del Observatorio Vera Rubin, la misión euclides de la Agencia Espacial Europea también está estudiando el universo oscuro. Las complejidades de Dark Energy podrían revelarse pronto … y podrían ser más extrañas de lo que pensábamos.