Nuevos hallazgos arrojan luz sobre el universo en expansión
Un astrofísico de la Universidad de Texas en Dallas (Estados Unidos) y su equipo, en colaboración con el Instrumento Espectroscópico de Energía Oscura (DESI) están al frente de un ambicioso experimento para estudiar la expansión del universo y su aceleración.
Se trata del doctor Mustapha Ishak-Boushaki , profesor de física en la Facultad de Ciencias Naturales y Matemáticas (NSM) de UT Dallas, que es miembro de la colaboración DESI, un grupo internacional de más de 900 investigadores de más de 70 instituciones de todo el mundo que participan en un experimento de varios años para aumentar la comprensión de la historia y el destino del cosmos.
Ishak-Boushaki ha presentado el análisis del primer año de datos recopilados por el experimento DESI en una reunión de la Sociedad Estadounidense de Física en Sacramento, en California (Estados Unidos), junto con otros dos científicos de DESI. Ishak-Boushaki presentó los resultados cosmológicos inferidos de los datos DESI y sus implicaciones para el universo. Los investigadores también compartieron los resultados del primer año de datos recopilados en varios artículos publicados en el sitio de preimpresión arXiv.
El instrumento DESI, ubicado en el Observatorio Nacional Kitt Peak (KPNO) en Arizona, recolecta luz de las partes más distantes del universo, lo que permite a los científicos cartografiar el cosmos tal como era en su juventud y rastrear su evolución hasta lo que se observa hoy. Comprender cómo ha evolucionado el universo está ligado a cómo termina y a uno de los mayores misterios de la física: ¿qué hay detrás de la observación de que la expansión del universo se está acelerando?.
El análisis del primer año de recopilación de datos de DESI confirmó los conceptos básicos de lo que los científicos consideran el mejor modelo del universo, pero también sugiere que hay más que aprender sobre la causa o causas subyacentes de la aceleración cósmica, cuyo descubrimiento le llevó al Premio Nobel de Física en 2011.
La aceleración cósmica es problemática porque contrarresta cómo se observa que funciona la gravedad, que hace que los objetos con masa se acerquen, en nuestro sistema solar y el espacio cercano. "La gravedad une la materia, de modo que cuando lanzamos una pelota al aire, la gravedad de la Tierra la atrae hacia el planeta", explica Ishak-Boushaki.
"Pero en las escalas más grandes, el universo actúa de manera diferente. Está actuando como si hubiera algo repulsivo que separa el universo y acelera su expansión. Este es un gran misterio y lo estamos investigando en varios frentes. ¿Es una energía oscura desconocida en el universo o es una modificación de la teoría de la gravedad de Albert Einstein a escalas cosmológicas?", señala.
Muchos científicos creen que la energía oscura desempeña un papel clave en la aceleración cósmica, pero no se comprende bien. Algunos teorizan que es una constante cosmológica, una propiedad intrínseca del espacio que impulsa la aceleración.
Para estudiar los efectos de la energía oscura durante los últimos 11 mil millones de años, el grupo DESI ha creado el mayor mapa 3D del cosmos jamás construido utilizando las mediciones más precisas hasta la fecha. Esta es la primera vez que los científicos miden la historia de expansión del universo joven con una precisión superior al 1%.
El modelo líder del universo se conoce como Lambda-CDM. Incluye tanto materia ordinaria como un tipo de materia que rara vez interactúa llamada materia oscura fría (CDM) y energía oscura, conocida como Lambda. Tanto la materia como la energía oscura dan forma a la expansión del universo, pero de maneras opuestas.
A través de la atracción gravitacional, la materia y la materia oscura frenan la expansión, mientras que la energía oscura la acelera. La cantidad de cada uno influye en cómo evoluciona el universo. Este modelo es eficaz para validar resultados de experimentos anteriores y describir cómo se ve el universo a lo largo del tiempo, apunta Ishak-Boushaki.
Sin embargo, cuando los resultados del primer año de DESI se combinan con datos de otros estudios, existen algunas diferencias sutiles con respecto a lo que predeciría el modelo Lambda-CDM.
"Nuestros resultados muestran algunas desviaciones interesantes del modelo estándar del universo que podrían indicar que la energía oscura está evolucionando con el tiempo", señala Ishak-Boushaki.
"Cuantos más datos recopilemos, mejor equipados estaremos para determinar si este hallazgo es válido. Con más datos, podríamos identificar diferentes explicaciones para el resultado que observamos o lo confirmamos. Si persiste, tal resultado arrojará algo de luz sobre lo que está causando la aceleración cósmica y proporcionará un gran paso hacia la comprensión de la evolución de nuestro universo", dice.
Más datos también mejorarán otros resultados iniciales de DESI, que influyen en la constante de Hubble (una medida de la velocidad con la que se expande el universo hoy) y la masa de partículas llamadas neutrinos. DESI es el primer experimento espectroscópico que realiza un análisis completamente ciego, que oculta el verdadero resultado a los científicos para evitar cualquier sesgo de confirmación subconsciente. Los investigadores trabajan "a ciegas" con datos modificados y escriben códigos de computadora para analizar sus hallazgos. Una vez que todo está finalizado, aplican su análisis a los datos originales para revelar la respuesta real.
"La investigación de Ishak-Boushaki y su colaboración con científicos de unas 70 instituciones está revelando importantes conocimientos sobre nuestro universo, y los resultados son fascinantes", afirma el doctor David Hyndman, catedrático distinguido de la Universidad Francis S. y Maurine G. Johnson de Texas en Dallas.
"Es inspirador tener programas de investigación de clase mundial en la Universidad de Texas en Dallas y ver a nuestros científicos desempeñar papeles clave en descubrimientos fundamentales", concluye.
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