Científicos de la NASA ayudan a sondear la energía oscura probando la gravedad

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¿Podría resolverse uno de los mayores enigmas de la astrofísica reelaborando la teoría de la gravedad de Albert Einstein? Un nuevo estudio coescrito por científicos de la NASA dice que aún no.

El universo se está expandiendo a un ritmo acelerado, y los científicos no saben por qué. Este fenómeno parece contradecir todo lo que los investigadores entienden sobre el efecto de la gravedad en el cosmos: es como si arrojaras una manzana al aire y continuara hacia arriba, cada vez más rápido. La causa de la aceleración, llamada energía oscura, sigue siendo un misterio.

Un nuevo estudio del estudio internacional Dark Energy Survey, utilizando el Telescopio De 4 metros Víctor M. Blanco en Chile, marca el último esfuerzo para determinar si todo esto es simplemente un malentendido: que las expectativas sobre cómo funciona la gravedad a escala de todo el universo son defectuosas o incompletas. Este posible malentendido podría ayudar a los científicos a explicar la energía oscura. Pero el estudio, una de las pruebas más precisas hasta ahora de la teoría de la gravedad a escalas cósmicas de Albert Einstein, encuentra que la comprensión actual todavía parece ser correcta.

Los resultados, escritos por un grupo de científicos que incluye algunos del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA, fueron presentados el miércoles 23 de agosto en la Conferencia Internacional de Física de Partículas y Cosmología (COSMO’22) en Río de Janeiro. El trabajo ayuda a preparar el escenario para dos próximos telescopios espaciales que sondearán nuestra comprensión de la gravedad con una precisión aún mayor que el nuevo estudio y tal vez finalmente resuelvan el misterio.

Hace más de un siglo, Albert Einstein desarrolló su Teoría de la Relatividad General para describir la gravedad, y hasta ahora ha predicho con precisión todo, desde la órbita de Mercurio hasta la existencia de agujeros negros. Pero si esta teoría no puede explicar la energía oscura, algunos científicos han argumentado, entonces tal vez necesiten modificar algunas de sus ecuaciones o agregar nuevos componentes.

Para averiguar si ese es el caso, los miembros de la Encuesta de Energía Oscura buscaron evidencia de que la fuerza de la gravedad ha variado a lo largo de la historia del universo o a través de distancias cósmicas. Un hallazgo positivo indicaría que la teoría de Einstein está incompleta, lo que podría ayudar a explicar la expansión acelerada del universo. También examinaron datos de otros telescopios además de Blanco, incluido el satélite Planck de la ESA (Agencia Espacial Europea), y llegaron a la misma conclusión.

El estudio encuentra que la teoría de Einstein todavía funciona. Así que aún no hay explicación para la energía oscura. Pero esta investigación alimentará dos próximas misiones: la misión Euclid de la ESA, programada para su lanzamiento no antes de 2023, que cuenta con contribuciones de la NASA; y el Telescopio Espacial Romano Nancy Grace de la NASA, cuyo lanzamiento se lanzará a más tardar en mayo de 2027. Ambos telescopios buscarán cambios en la fuerza de la gravedad a lo largo del tiempo o la distancia.

Visión borrosa

¿Cómo saben los científicos lo que sucedió en el pasado del universo? Mirando objetos distantes. Un año luz es una medida de la distancia que la luz puede recorrer en un año (alrededor de 6 billones de millas, o alrededor de 9,5 billones de kilómetros). Eso significa que un objeto a un año luz de distancia se nos aparece como era hace un año, cuando la luz salió por primera vez del objeto. Y las galaxias a miles de millones de años luz de distancia se nos aparecen como lo hicieron hace miles de millones de años. El nuevo estudio analizó galaxias que se remontan a unos 5.000 millones de años en el pasado. Euclides mirará 8 mil millones de años en el pasado, y Roman mirará hacia atrás 11 mil millones de años.

Las galaxias en sí mismas no revelan la fuerza de la gravedad, pero sí cómo se ven cuando se ven desde la Tierra. La mayor parte de la materia en nuestro universo es materia oscura, que no emite, refleja o interactúa de otra manera con la luz. Si bien los científicos no saben de qué está hecho, saben que está allí, porque su gravedad lo delata: grandes depósitos de materia oscura en nuestro universo deforman el espacio mismo. A medida que la luz viaja a través del espacio, se encuentra con estas porciones del espacio deformado, lo que hace que las imágenes de galaxias distantes aparezcan curvadas o manchadas. Esto se exhibió en una de las primeras imágenes publicadas desde el Telescopio Espacial James Webb de la NASA.

Los científicos de Dark Energy Survey buscan imágenes de galaxias en busca de distorsiones más sutiles debido a la materia oscura que dobla el espacio, un efecto llamado lente gravitacional débil. La fuerza de la gravedad determina el tamaño y la distribución de las estructuras de materia oscura, y el tamaño y la distribución a su vez determinan cuán deformadas nos parecen esas galaxias. Así es como las imágenes pueden revelar la fuerza de la gravedad a diferentes distancias de la Tierra y tiempos distantes a lo largo de la historia del universo. El grupo ahora ha medido las formas de más de 100 millones de galaxias, y hasta ahora, las observaciones coinciden con lo predicho por la teoría de Einstein.

«Todavía hay espacio para desafiar la teoría de la gravedad de Einstein, a medida que las mediciones se vuelven cada vez más precisas», dijo la coautora del estudio Agnès Ferté, quien realizó la investigación como investigadora postdoctoral en el JPL. «Pero todavía tenemos mucho que hacer antes de estar listos para Euclides y Roman. Por lo tanto, es esencial que continuemos colaborando con científicos de todo el mundo en este problema, como lo hemos hecho con la Encuesta de Energía Oscura».

NASA

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