La energía oscura se distribuye uniformemente en el espacio y el tiempo

Un estudio inicial de la energía oscura con el telescopio de rayos X eROSITA , enfocado en cúmulos de galaxias, indica que la densidad de esta misteriosa fuerza está distribuida uniformemente en el espacio y el tiempo.

Cuando Edwin Hubble observó galaxias distantes en la década de 1920, hizo el descubrimiento innovador de que el universo se está expandiendo. Sin embargo, no fue hasta 1998 que los científicos que observaron las supernovas de Tipo Ia descubrieron que el universo no solo se está expandiendo, sino que ha comenzado una fase de expansión acelerada. "Para explicar esta aceleración, necesitamos una fuente", dice en un comunicado Joseph Mohr, astrofísico de LMU (Ludwig-Maximilians-Universität) de Munich . "Y nos referimos a esta fuente como 'energía oscura', que proporciona una especie de 'antigravedad' para acelerar la expansión cósmica".

Científicamente, la existencia de la energía oscura y la aceleración cósmica son una sorpresa, y esto indica que nuestra comprensión actual de la física es incompleta o incorrecta. La importancia de la expansión acelerada se subrayó en 2011 cuando sus descubridores recibieron el Premio Nobel de Física. "Mientras tanto, la naturaleza de la energía oscura se ha convertido en el próximo problema ganador del Premio Nobel", dice Mohr.

Ahora I-Non Chiu de la Universidad Nacional Cheng Kung en Taiwán, en colaboración con los astrofísicos de LMU Matthias Klein, Sebastian Bocquet y el propio Mohr, ha publicado la nueva investigación sobre este enigma cosmológico en la revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

La antigravedad posiblemente causada por la energía oscura aleja los objetos entre sí y suprime la formación de grandes objetos cósmicos que de otro modo se formarían debido a la fuerza de atracción de la gravedad. Como tal, la energía oscura afecta dónde y cómo se forman los objetos más grandes del universo, es decir, los cúmulos de galaxias con masas totales que van desde 1013 a 1015 masas solares. "Podemos aprender mucho sobre la naturaleza de la energía oscura contando el número de cúmulos de galaxias formados en el universo en función del tiempo, o en el mundo observacional en función del corrimiento al rojo", explica Klein.

Sin embargo, los cúmulos de galaxias son extremadamente raros y difíciles de encontrar, lo que requiere estudios de una gran parte del cielo utilizando los telescopios más sensibles del mundo. Con este fin, el telescopio espacial de rayos X eROSITA, un proyecto dirigido por el Instituto Max Planck de Física Extraterrestre (MPE) en Munich, se lanzó en 2019 para llevar a cabo un estudio de todo el cielo para buscar cúmulos de galaxias. En el Sondeo de profundidad ecuatorial final de eROSITA (eFEDS), un minisondeo diseñado para verificar el rendimiento del subsiguiente sondeo de todo el cielo, se encontraron alrededor de 500 cúmulos de galaxias. Esto representa una de las muestras más grandes de cúmulos de galaxias de baja masa hasta la fecha y abarca los últimos 10.000 millones de años de evolución cósmica.

Para su estudio, Chiu y sus colegas utilizaron un conjunto de datos adicional además de los datos eFEDS: datos ópticos del Programa Estratégico Hyper Suprime-Cam Subaru, que está dirigido por las comunidades astronómicas de Japón y Taiwán, y la Universidad de Princeton. El ex investigador doctoral de LMU I-Non Chiu y sus colegas de LMU utilizaron estos datos para caracterizar los cúmulos de galaxias en eFEDS y medir sus masas mediante el proceso de lente gravitacional débil. La combinación de los dos conjuntos de datos permitió el primer estudio cosmológico utilizando cúmulos de galaxias detectados por eROSITA.

Sus resultados muestran que, a través de la comparación entre los datos y las predicciones teóricas, la energía oscura representa alrededor del 76% de la densidad de energía total del universo. Además, los cálculos indicaron que la densidad de energía de la energía oscura parece ser uniforme en el espacio y constante en el tiempo.

"Nuestros resultados también concuerdan bien con otros enfoques independientes, como estudios previos de cúmulos de galaxias, así como aquellos que utilizan lentes gravitacionales débiles y el fondo cósmico de microondas", dice Bocquet. "Hasta ahora, todas las pruebas observacionales, incluidos los últimos resultados de eFEDS, sugieren que la energía oscura puede describirse mediante una constante simple, generalmente denominada 'constante cosmológica'".

"Aunque los errores actuales sobre las restricciones de la energía oscura siguen siendo mayores de lo que desearíamos, esta investigación emplea una muestra de eFEDS que, después de todo, ocupa un área de menos del 1% del cielo completo", dice Mohr. Por lo tanto, este primer análisis ha sentado una base sólida para futuros estudios de la muestra eROSITA de cielo completo, así como de otras muestras de cúmulos.