La energía oscura podría cambiar con el paso del tiempo

La energía oscura es uno de los aspectos más fascinantes del cosmos. Es el elemento más abundante y nos ayuda a explicar cosas como la evolución de la expansión del universo. Pero la energía oscura podría cambiar con el paso del tiempo y no ser siempre igual…

La energía oscura podría cambiar y no comportarse siempre igual

Una de las mejores herramientas para investigar la historia del universo son las galaxias activas. Es decir, los quásares, blazares… Un equipo de astrónomos ha descubierto, gracias a la obervación de estos objetos tan distantes, que la expansión inicial del universo puede que sea más compleja de lo que se planteó originalmente en el modelo cosmológico estándar. Es el modelo que mejor explica el universo. Así que descubrir una posible discrepancia es muy interesante. Apunta a que podría haber algo que se ha pasado por alto.

La energía oscura podría cambiar con el paso del tiempo
Concepto artístico de un quásar. Crédito: ESA/C. Carreau

En el Modelo Cosmoslógico Estándar, se detalla que el universo contiene alrededor del 5% de materia ordinaria. Es decir, todo lo que podemos ver. Un 25% estaría compuesto por materia oscura. No la podemos observar de forma directa. Pero sus efectos sí son perceptibles desde el punto de vista gravitacional. Sin la materia oscura, las galaxias no serían capaces de mantenerse unidas. Sus estrellas saldrían disparadas en todas direcciones porque, simplemente, no hay suficiente gravedad para retenerlas. Eso, claro, si nos limitamos solo a la materia que sí podemos ver.

Esto nos deja con un 70% de energía oscura. Un componente quizá incluso más misterioso del universo. No solo es el más abundante. También sería la responsable de la aceleración de la expansión del universo. Porque sabemos que el cosmos se expande desde su formación. Pero no solo eso, esa expansión está acelerando. Así que el descubrimiento de que la energía oscura podría cambiar es intrigante. Las implicaciones podrían resultar de lo más curiosas. Aunque vayamos paso por paso para entender por qué es tan llamativo

El Modelo Cosmológico Estándar está muy bien fundamentado

El modelo que usamos para explicar el cosmos es el Modelo Cosmológico Estándar. Lo hemos repasado en la sección anterior. Es muy robusto, entre otras cosas, porque se fundamenta en multitud de datos recogidos de diversas fuentes. Desde la radiación de fondo de microondas, la luz más antigua del universo, emitida 380 000 años después del Big Bang, a observaciones mucho más cercanas. Cosas como las explosiones de supernovas. Así como la observación de cúmulos de galaxias y la distorsión provocada por la materia oscura en esas galaxias lejanas.

Concepto artístico de TXS 0506+056, un quásar. Crédito: DESY, Science Communication Lab

En general, es posible detallar esa evolución a una distancia de hasta 9 000 millones de años-luz. Ahora, un nuevo estudio plantea que los quásares podrían ayudar a ampliar la fiabilidad en las mediciones al permitirnos llegar hasta los 12 000 millones de años-luz. Los quásares son, como quizá sepas, los núcleos de galaxias donde hay un agujero negro supermasivo activo. Activo solo quiere decir que está absorbiendo material de su alrededor a un ritmo muy elevado. Eso provoca que brille con gran intensidad en el espectro electromagnético.

A medida que cae el material alrededor del agujero negro, se forma un disco de radiación que brilla en el espectro visible y ultravioleta. Ese disco calienta los electrones cercanos y genera rayos X. Hace tres años, los dos investigadores se dieron cuenta de algo. Se podía usar la relación entre el brillo de los rayos X y ultravioleta de un quásar para medir la distancia a esas fuentes. Algo que es muy complicado pero, también, muy útil. Es una forma de poder revisar si la expansión del universo es exactamente cómo se esperaba en base a lo que sabemos.

Los quásares como candelas estándar

Este tipo de objetos (y fenómenos) que permiten medir distancias en el universo se denominan candelas estándar. Las supernovas de tipo Ia son la más popular. Se producen cuando una enana blanca explota por absorber exceso de material de una estrella compañera. Al hacerlo, se genera una explosión que siempre cumple los mismos parámetros y es predecible. A finales de los años 90, el estudio de esas supernovas permitió entender que la expansión del universo estaba acelerando en los últimos millones de años. Un hallazgo intrigante.

Concepto artístico de una supernova de tipo Ia (1a). La enana blanca (izquierda), roba material a una estrella mucho más grande. Crédito: NASA

Aquí es donde entra en juego el uso de los quásares como una candela estándar. Son observables a distancias mucho más grandes que las supernovas de tipo Ia. Por lo que, como dicen los investigadores, podemos estudiar épocas muy lejanas de la historia del cosmos. Los investigadores han recurrido a multitud de quásares para poner en prueba su método y medir cómo ha evolucionado la expansión del universo a lo largo del tiempo. Al poner en práctica su técnica, con estos objetos tan lejanos, los resultados han sido muy llamativos.

Los datos parecen muy fiables si tenemos en cuenta que han contado con los datos de 7 000 quásares. Tanto en el espectro ultravioleta así como en el de rayos X. Algunos de los datos son muy recientes, de 2017, y permiten observar los quásares más distantes. Podemos verlos tal y como eran cuando el universo apenas tenía 2 000 millones de años. A todo esto, hay que sumarle la inclusión de los datos de algunos quásares incluso más lejanos, así como algunos más cercanos. Es una cantidad de datos enormes para poder buscar patrones.

La energía oscura podría cambiar… por lo menos en el pasado

Así, con todos esos datos en la mano, pudieron comprobar la relación entre la emisión de rayos X y ultravioleta. En consecuencia, también han podido refinar su método para calcular la distancia a la que están esos objetos. Así, han podido identificar dos grupos diferentes de quásares. Un 70% de los observados brillan con intensidad en la región de menor energía de los rayos X. El 30% restante emite menos rayos X pero con una energía más alta. Los investigadores decidieron quedarse solo con el primer grupo. Ya que en él, esa relación entre la emisión de rayos X y ultravioleta es más fácil de observar

El campo ultraprofundo extremo del telescopio Hubble, con algunas de las galaxias más lejanas que podemos observar. Crédito: NASA, ESA, R. Ellis (Caltech), and the HUDF 2012 Team

A partir de ahí, redujeron el grupo hasta unos 1 600 quásares. Se quedaron con las mejores observaciones. Así podían realizar estimaciones de la distancia hasta ellos con mucha confianza. Algo imprescindible para investigar cómo se ha comportado la expansión del universo desde una época tan lejana. Aquí es donde comienzan a aparecer las extrañezas. Los datos coinciden con lo visto en las supernovas de tipo Ia hasta unos 8 000 millones de años.

Es decir, allá donde se solapan los datos, todo parece encajar. Pero en las épocas más lejanas, las que solo han podido estudiar con quásares, el resultado es diferente. Hay una discrepancia entre cómo se creía que había evolucionado el universo y lo que dicen las observaciones. Podría ser una señal de que el Modelo Cosmológico Estándar no es tan robusto como pensábamos. Podría hacer falta incluir más parámetros para que los datos cuadren con lo que decía la teoría. Así, la energía oscura podría cambiar gradualmente. Su densidad aumentaría con el tiempo.

Una posible solución para un viejo dilema

En realidad, no es la única discrepancia que tenemos en el Modelo Cosmológico Estándar. Hay otra que perdura desde hace ya unos años. La constante de Hubble, el valor que mide el ritmo al que se expande el universo, tiene dos valores diferentes. Todo depende de qué usemos para medirlo. Si usamos el entorno local, tenemos un valor. Si usamos el entorno más alejado de la Vía Láctea, el valor es ligeramente diferente. No es una diferencia muy pronunciada. Sin embargo, cabría suponer que debería ser el mismo valor entre ambos puntos

Distancias a diferentes objetos (quásares y supernovas de tipo Ia) en el universo, y la diferencia con la distancia que cabría esperar. Crédito: Phys.org

Esta teoría, de ser correcta, podría resolver las dos cuestiones. Sin embargo, es pronto para saber si realmente la energía oscura podría cambiar con el paso del tiempo. Para saberlo, será necesario realizar más observaciones. Los investigadores ya tienen planeado seguir recogiendo datos de más quásares para refinar sus resultados. También esperan que la misión Éuclide (de la Agencia Espacial Europea), que se lanzará en 2022, sea de ayuda. Su objetivo es investigar los últimos 10 000 millones de años de la expansión del universo. También podría ayudar a entender si la energía oscura podría cambiar (o ha cambiado) desde el inicio del universo.

Por tanto, habrá que esperar y ver qué sucede. De momento es un estudio que apunta en una dirección intrigante. Pero para poder confirmar que, efectivamente, la energía oscura podría cambiar, serán necesarios muchos más datos que permitan corroborarlo. Si eso sucede, puede que nuestro Modelo Cosmológico Estándar deba cambiar de una manera importante. Sea como fuere, está claro que todavía queda mucho por investigar en las épocas más remotas del cosmos…

Estudio

El estudio es G. Risaliti y E. Lusso; “Cosmological constraints from the Hubble diagram of quasars at high redshifts”. Publicado en la revista Nature Astronomy el 28 de enero de 2019. Puede ser consultado en arXiv.

Referencias: Phys.org

Alex Riveiro

Amante de la astronomía. Hablo de todo lo relacionado con el universo y sus conceptos de una manera amena y sencilla. Desde los púlsares hasta la historia de la astronomía en Al-Andalus.

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1 respuesta

  1. Bondergirl dice:

    Genial!

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