Científicos utilizaron el Instrumento Espectroscópico de Energía Oscura (DESI, por sus siglas en inglés) para mapear cerca de seis millones de galaxias a lo largo de 11 mil millones de años de historia cósmica, permitiéndoles estudiar la forma en que las galaxias se agrupan en el tiempo y el crecimiento de las estructuras cósmicas. Este complejo análisis del primer año de datos de DESI entrega una de las pruebas más rigurosas hasta ahora de la teoría general de la relatividad de Einstein.

La gravedad ha dado forma a nuestro cosmos. Su influencia de atracción transformó las diminutas variaciones de materia presente en el Universo primitivo, en las extensas cadenas de galaxias que vemos hoy en día. Un nuevo estudio que utiliza los datos del primer año de trabajo del Instrumento Espectroscópico de Energía Oscura (DESI, por sus siglas en inglés), rastrea el crecimiento de esta estructura cósmica a lo largo de los últimos 11 mil millones de años, proporcionando la prueba más precisa que se conoce sobre el comportamiento de la gravedad a escalas muy grandes.
 

El instrumento DESI es un dispositivo de última generación que puede capturar la luz de 5.000 galaxias de forma simultánea. Fue construido y ahora operado con financiamiento de la Oficina de Ciencias de DOE. DESI está montado en el Telescopio de 4 metros Nicholas U. Mayall de la Fundación Nacional de Ciencias de Estados Unidos, en el Observatorio Nacional de Kitt Peak, un Programa de NOIRLab de NSF. El programa está actualmente en el cuarto de los cinco años de exploración del cielo, y se prevé que observe unos 40 millones de galaxias y cuásares una vez que concluya el proyecto.

El proyecto DESI es una colaboración internacional de más de 900 investigadores de más de 70 instituciones alrededor del mundo, y es administrado por el Departamento de Energía del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab).

En este último estudio, los investigadores de DESI encontraron que la gravedad se comporta como predijo la teoría de la relatividad de Einstein. El resultado valida nuestro modelo principal del Universo y limita las posibles teorías de la gravedad modificada, que ha sido propuesta como vía alternativa para explicar observaciones inesperadas, como la expansión acelerada del Universo que suele atribuirse a la energía oscura. 

La colaboración DESI ha compartido sus resultados en varios artículos publicados hoy en el repositorio en línea arXiv. El complejo análisis utiliza casi 6 millones de galaxias y cuásares y permite a los investigadores ver hasta 11 mil millones de años en el pasado. Sólo en un año de datos, DESI realizó la medición más precisa del crecimiento de la estructura cósmica, superando esfuerzos anteriores que tardaron décadas en completarse.

Los resultados de hoy proporcionan un análisis mayor del primer año de datos de DESI, que en abril elaboró el mayor mapa tridimensional de nuestro Universo hasta la fecha, revelando indicios de que la energía oscura podría estar evolucionando con el tiempo. Los resultados de abril se centraron en una característica particular de la agrupación de galaxias conocida como oscilaciones acústicas de bariones (BAO). El nuevo análisis amplía el alcance midiendo la distribución de las galaxias y la materia en diferentes escalas en el espacio. El estudio también proporcionó restricciones mejoradas sobre la masa de los neutrinos, las únicas partículas fundamentales cuyas masas aún no se han medido con precisión. Los neutrinos influyen ligeramente en el patrón de agrupamiento de las galaxias, pero de todos modos se puede medir con la calidad de los datos de DESI. Las restricciones de DESI son las más estrictas hasta el momento y complementan las de las mediciones de laboratorio.

El estudio requirió meses de trabajo adicional y comprobaciones cruzadas. Al igual que el estudio anterior, utilizó una técnica para ocultar el resultado a los científicos hasta el final, mitigando cualquier sesgo inconsciente.

Al respecto, la astrónoma de NOIRLab de NSF y miembro de la colaboración DESI, Stephanie Juneau afirmó que “esta investigación forma parte de uno de los proyectos clave del experimento DESI: conocer los aspectos fundamentales de nuestro Universo a gran escala, como la distribución de la materia y el comportamiento de la energía oscura, así como también aspectos fundamentales de las partículas”.

“Comparando la evolución de la distribución de la materia en el Universo con las predicciones existentes, incluida la teoría de la relatividad general de Einstein y las teorías competidoras, estamos estrechando realmente las posibilidades de nuestros modelos de gravedad”, precisó Juneau.

Actualmente, la colaboración está analizando los primeros tres años de recolección de datos y espera presentar mediciones actualizadas de la energía oscura y de la historia de la expansión de nuestro Universo el año que viene. Los resultados ampliados de DESI que se publican hoy son consistentes con la preferencia anterior del experimento por una energía oscura en evolución, lo que aumenta la expectativa del próximo análisis.

“La materia oscura representa aproximadamente una cuarta parte del Universo, mientras que la energía oscura abarca otro 70 por ciento, pero no sabemos realmente qué es cada una de ellas”, explica el estudiante de doctorado del Laboratorio y Universidad de Berkeley Mark Maus, quien ha trabajado en la teoría y las vías de validación de los modelos para el nuevo análisis. “La idea de que podamos tomar fotografías del Universo y abordar estas grandes preguntas fundamentales es alucinante”, agregó.