Roman y Euclid se unirán para investigar la energía oscura

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Ilustración de alta resolución de la nave espacial Euclides y Roman sobre un fondo estrellado. Créditos: Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA, medialab de la ESA / ATG

Un nuevo telescopio espacial llamado Euclid, una misión de la ESA (Agencia Espacial Europea) con importantes contribuciones de la NASA, se lanzará en julio para explorar por qué la expansión del universo se está acelerando. Los científicos llaman a la causa desconocida de esta aceleración cósmica «energía oscura». Para mayo de 2027, el Telescopio Espacial Nancy Grace Roman de la NASA se unirá a Euclid para explorar este rompecabezas de maneras que nunca antes habían sido posibles.

«Veinticinco años después de su descubrimiento, la expansión acelerada del universo sigue siendo uno de los misterios más apremiantes de la astrofísica», dijo Jason Rhodes, científico investigador principal del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en el sur de California. Rhodes es científico adjunto del proyecto para Roman y líder científico de Estados Unidos para Euclides. «Con estos próximos telescopios, mediremos la energía oscura de diferentes maneras y con mucha más precisión de lo que se podía lograr anteriormente, abriendo una nueva era de exploración en este misterio».

Los científicos no están seguros de si la expansión acelerada del universo es causada por un componente de energía adicional, o si indica que nuestra comprensión de la gravedad necesita ser cambiada de alguna manera. Los astrónomos usarán Roman y Euclides para probar ambas teorías al mismo tiempo, y los científicos esperan que ambas misiones descubran información importante sobre el funcionamiento subyacente del universo.

Euclides y Roman están diseñados para estudiar la aceleración cósmica, pero utilizando estrategias diferentes y complementarias. Ambas misiones harán mapas 3D del universo para responder preguntas fundamentales sobre la historia y la estructura del universo. Juntos, serán mucho más poderosos que cualquiera individualmente.

Euclides observará un área mucho más grande del cielo, aproximadamente 15.000 grados cuadrados, o aproximadamente un tercio del cielo, en longitudes de onda de luz infrarrojas y ópticas, pero con menos detalles que la romana. Mirará hacia atrás 10 mil millones de años a cuando el universo tenía unos 3 mil millones de años.

El estudio central más grande de Roman será capaz de sondear el universo a una profundidad y precisión mucho mayores, pero en un área más pequeña, aproximadamente 2.000 grados cuadrados, o una vigésima parte del cielo. Su visión infrarroja revelará el cosmos cuando tenía 2 mil millones de años, revelando un mayor número de galaxias más débiles. Mientras que Euclides se centrará exclusivamente en la cosmología, Roman también estudiará galaxias cercanas, encontrará e investigará planetas en toda nuestra galaxia, estudiará objetos en las afueras de nuestro sistema solar y mucho más.

Gráfico que compara las especificaciones de las naves espaciales Roman y Euclid. El texto alternativo sigue al título.
Esta infografía compara muchos elementos clave del Euclid de la ESA y la nave espacial Roman de la NASA. Los dos trabajarán de manera complementaria para arrojar luz sobre algunos de los componentes más misteriosos del universo. Texto alternativo: Una tabla comparativa titulada «Observatorios cósmicos». Enumera a la ESA como la agencia principal de Euclides y a la NASA como de Roman. La ciencia primaria de Euclides es la cosmología (energía oscura), que Roman explorará cosmología, exoplanetas y muchos otros temas en astronomía infrarroja (incluida la energía oscura). Euclides utilizará lentes débiles y métodos de agrupación de galaxias para sondear la energía oscura; Roman usará esas supernovas más de tipo Ia. El tamaño de la encuesta propuesta por Euclides es de 15,000 grados cuadrados, y el de Roman es ~ 2,000. Euclides observará longitudes de onda visibles e infrarrojas, mientras que Roman verá infrarrojo. Euclid tiene 36 detectores CCD 4K en un instrumento y una matriz de 16 detectores NIR 2K HgCdTe en otro, mientras que Roman tiene una matriz de 18 detectores NIR 4K HgCdTe en su instrumento principal. El espejo primario de la ESA tiene 3,9 pies (1,2 metros) de ancho; Roman es de 7,9 pies (2,4 metros). Euclid se lanzará en julio de 2023, y se planea que Roman se lance en mayo de 2027. Ambos orbitarán alrededor del Sol-Tierra L2. La nave espacial Euclid tiene 14,9 pies (4,5 metros) de largo, y Roman tendrá 42 pies (12,7 metros). Sus masas son 4.500 libras (2.000 kilogramos) para Euclides y 18.000 libras (8.000 kilogramos) para Roman.
Créditos: NASA

La caza de la energía oscura

El universo se ha expandido desde su nacimiento, un hecho descubierto por el astrónomo belga Georges Lemaître en 1927 y Edwin Hubble en 1929. Pero los científicos esperaban que la gravedad de la materia del universo disminuyera gradualmente esa expansión. En la década de 1990, al observar un tipo particular de supernova, los científicos descubrieron que hace unos 6 mil millones de años, la energía oscura comenzó a aumentar su influencia en el universo, y nadie sabe cómo o por qué. El hecho de que se esté acelerando significa que a nuestra imagen del cosmos le falta algo fundamental.

Roman y Euclides proporcionarán flujos separados de nuevos datos convincentes para llenar los vacíos en nuestra comprensión. Intentarán precisar la causa de la aceleración cósmica de diferentes maneras.

Primero, tanto Roman como Euclides estudiarán la acumulación de materia utilizando una técnica llamada lente gravitacional débil. Este fenómeno de flexión de la luz ocurre porque cualquier cosa con masa deforma el tejido del espacio-tiempo; Cuanto mayor es la masa, mayor es la urdimbre. Las imágenes de una fuente distante producidas por la luz que se mueve a través de estas urdimbres también parecen distorsionadas. Cuando esos objetos de «lente» más cercanos son galaxias masivas o cúmulos de galaxias, las fuentes de fondo pueden aparecer manchadas o formar múltiples imágenes.

La masa menos concentrada, como los grupos de materia oscura, puede crear efectos más sutiles. Al estudiar estas distorsiones más pequeñas, Roman y Euclides crearán cada uno un mapa de materia oscura en 3D. Eso ofrecerá pistas sobre la aceleración cósmica porque la atracción gravitacional de la materia oscura, que actúa como un pegamento cósmico que mantiene unidas las galaxias y los cúmulos de galaxias, contrarresta la expansión del universo. Contar la materia oscura del universo a través del tiempo cósmico ayudará a los científicos a comprender mejor la alimentación de empujar y tirar en la aceleración cósmica.

Las dos misiones también estudiarán la forma en que las galaxias se agruparon en diferentes eras cósmicas. Los científicos han detectado un patrón en la forma en que las galaxias se congregan a partir de las mediciones del universo cercano. Para cualquier galaxia hoy en día, tenemos aproximadamente el doble de probabilidades de encontrar otra galaxia a unos 500 millones de años luz de distancia que un poco más cerca o más lejos.

Esta distancia ha crecido con el tiempo debido a la expansión del espacio. Al mirar más lejos en el universo, a tiempos cósmicos anteriores, los astrónomos pueden estudiar la distancia preferida entre galaxias en diferentes épocas. Ver cómo ha cambiado revelará la historia de expansión del universo. Ver cómo varía la agrupación de galaxias con el tiempo también permitirá una prueba precisa de la gravedad. Esto ayudará a los astrónomos a diferenciar entre un componente de energía desconocido y varias teorías de gravedad modificadas como explicaciones para la aceleración cósmica.

Roman llevará a cabo un estudio adicional para descubrir muchas supernovas distantes de tipo Ia, un tipo especial de estrella en explosión. Estas explosiones alcanzan su punto máximo en un brillo intrínseco similar. Debido a esto, los astrónomos pueden determinar qué tan lejos están las supernovas simplemente midiendo qué tan brillantes aparecen.

Los astrónomos usarán Roman para estudiar la luz de estas supernovas para descubrir qué tan rápido parecen alejarse de nosotros. Al comparar qué tan rápido están retrocediendo a diferentes distancias, los científicos rastrearán la expansión cósmica a lo largo del tiempo. Esto nos ayudará a comprender mejor si y cómo ha cambiado la energía oscura a lo largo de la historia del universo.

Una pareja poderosa

Las encuestas de las dos misiones se superpondrán, y es probable que Euclides observe toda el área que Roman escaneará. Eso significa que los científicos podrán usar los datos más sensibles y precisos de Roman para aplicar correcciones a Euclides y extender las correcciones sobre el área mucho más grande de Euclides.

«El primer vistazo de Euclides a la amplia región del cielo que estudiará informará la ciencia, el análisis y el enfoque de encuesta para la inmersión más profunda de Roman», dijo Mike Seiffert, científico del proyecto para la contribución de la NASA a Euclides en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA.

«Juntos, Euclides y Roman sumarán mucho más que la suma de sus partes», dijo Yun Wang, científico investigador principal de Caltech / IPAC en Pasadena, California, quien ha dirigido grupos científicos de agrupamiento de galaxias tanto para Euclides como para Roman. «La combinación de sus observaciones dará a los astrónomos una mejor idea de lo que realmente está sucediendo en el universo».

Paco Gil
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