La energía oscura puede medirse estudiando la galaxia vecina

Investigadores de Cambridge han encontrado una nueva forma de medir la energía oscura, la fuerza misteriosa que constituye más de dos tercios del universo, en nuestro propio patio trasero cósmico.

Descubrieron que puede ser posible detectar y medir la energía oscura mediante el estudio de Andrómeda, nuestro vecino galáctico de al lado que está en curso de colisión en cámara lenta con la Vía Láctea.

Desde que se identificó por primera vez a fines de la década de 1990, los científicos han utilizado galaxias muy distantes para estudiar la energía oscura, pero aún no la han detectado directamente. Sin embargo, los investigadores de Cambridge descubrieron que al estudiar cómo Andrómeda y la Vía Láctea se mueven una hacia la otra dada su masa colectiva, podrían establecer un límite superior en el valor de la constante cosmológica, que es el modelo más simple de energía oscura. El límite superior que encontraron es cinco veces mayor que el valor de la constante cosmológica que se puede detectar en el universo primitivo.

Aunque la técnica aún se encuentra en una etapa temprana de su desarrollo, los investigadores dicen que podría ser posible detectar la energía oscura mediante el estudio de nuestro propio vecindario cósmico. Los resultados se informan en The Astrophysical Journal Letters.

Todo lo que podemos ver en nuestro mundo y en los cielos, desde pequeños insectos hasta galaxias masivas, constituye solo el cinco por ciento del universo observable. El resto es oscuro: los científicos creen que alrededor del 27 % del universo está hecho de materia oscura, que mantiene unidos los objetos, mientras que el 68 % es energía oscura, que separa los objetos.

"La energía oscura es un nombre general para una familia de modelos que podría agregar a la teoría de la gravedad de Einstein", dijo en un comunicado el primer autor, el Dr. David Benisty, del Departamento de Matemáticas Aplicadas y Física Teórica. "La versión más simple de esto se conoce como la constante cosmológica: una densidad de energía constante que aleja a las galaxias unas de otras".

La constante cosmológica fue añadida temporalmente por Einstein a su teoría de la relatividad general. Desde la década de 1930 hasta la década de 1990, la constante cosmológica se fijó en cero, hasta que se descubrió que una fuerza desconocida, la energía oscura, estaba acelerando la expansión del universo. Sin embargo, hay al menos dos grandes problemas con la energía oscura: no sabemos exactamente qué es y no la hemos detectado directamente.

Desde que se identificó por primera vez, los astrónomos han desarrollado una variedad de métodos para detectar la energía oscura, la mayoría de los cuales involucran el estudio de objetos del universo primitivo y la medición de la rapidez con la que se alejan de nosotros. Desglosar los efectos de la energía oscura de hace miles de millones de años no es fácil: dado que es una fuerza débil entre galaxias, la energía oscura es superada fácilmente por las fuerzas mucho más fuertes dentro de las galaxias.

Sin embargo, hay una región del universo que es sorprendentemente sensible a la energía oscura y está en nuestro propio patio trasero cósmico. La galaxia de Andrómeda es la más cercana a nuestra propia Vía Láctea, y las dos galaxias están en curso de colisión. A medida que se acerquen, las dos galaxias comenzarán a orbitar entre sí, muy lentamente. Una sola órbita tardará 20.000 millones de años. Sin embargo, debido a las fuerzas gravitatorias masivas, mucho antes de que se complete una sola órbita, dentro de unos cinco mil millones de años, las dos galaxias comenzarán a fusionarse y caer una en la otra.

"Andrómeda es la única galaxia que no se está escapando de nosotros, por lo que al estudiar su masa y movimiento, podemos hacer algunas determinaciones sobre la constante cosmológica y la energía oscura", dijo Benisty, quien también es investigador asociado en Colegio de Queens.

Usando una serie de simulaciones basadas en las mejores estimaciones disponibles de la masa de ambas galaxias, Benisty y sus coautores, la profesora Anne Davis de DAMTP y el profesor Wyn Evans del Instituto de Astronomía, descubrieron que la energía oscura está afectando cómo Andrómeda y el La Vía Láctea se orbitan entre sí.

"La energía oscura afecta a cada par de galaxias: la gravedad quiere juntar las galaxias, mientras que la energía oscura las separa", dijo Benisty. "En nuestro modelo, si cambiamos el valor de la constante cosmológica, podemos ver cómo cambia la órbita de las dos galaxias. Basándonos en su masa, podemos colocar un límite superior en la constante cosmológica, que es unas cinco veces más alta de lo que podemos medir en el resto del universo".

Los investigadores dicen que si bien la técnica podría resultar inmensamente valiosa, todavía no es una detección directa de energía oscura. Los datos del Telescopio James Webb (JWST) proporcionarán mediciones mucho más precisas de la masa y el movimiento de Andrómeda, lo que podría ayudar a reducir los límites superiores de la constante cosmológica.

Además, al estudiar otros pares de galaxias, podría ser posible refinar aún más la técnica y determinar cómo afecta la energía oscura a nuestro universo. "La energía oscura es uno de los mayores enigmas de la cosmología", dijo Benisty. "Podría ser que sus efectos varíen con la distancia y el tiempo, pero esperamos que esta técnica pueda ayudar a desentrañar el misterio".