Los científicos ayudan a sondear la energía oscura probando la gravedad

¿Podría resolverse uno de los mayores acertijos de la astrofísica reelaborando la teoría de la gravedad de Albert Einstein? Un nuevo estudio en coautoría de científicos de la NASA dice que todavía 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, denominada energía oscura, sigue siendo un misterio.

Un nuevo estudio del Dark Energy Survey internacional, utilizando el Telescopio Victor M. Blanco de 4 metros en Chile, marca el último esfuerzo para determinar si todo esto es simplemente un malentendido: las expectativas de cómo funciona la gravedad a la escala de todo el universo están defectuosos o incompletos. Este posible malentendido podría ayudar a los científicos a explicar la energía oscura. Pero el estudio, una de las pruebas más precisas hasta el momento de la teoría de la gravedad de Albert Einstein a escalas cósmicas, 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, se presentaron el miércoles 23 de agosto en la Conferencia Internacional sobre Física de Partículas y Cosmología (COSMO’22) en Río de Janeiro. El trabajo ayuda a preparar el escenario para dos próximos telescopios espaciales que probarán nuestra comprensión de la gravedad con una precisión aún mayor que el nuevo estudio y quizás 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, han argumentado algunos científicos, entonces tal vez necesiten modificar algunas de sus ecuaciones o agregar nuevos componentes.

Para averiguar si ese es el caso, los miembros de Dark Energy Survey buscaron evidencia de que la fuerza de la gravedad ha variado a lo largo de la historia del universo o en 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 se incorporará a dos próximas misiones: la misión Euclid de la ESA, cuyo lanzamiento está programado no antes de 2023, que cuenta con contribuciones de la NASA; y el telescopio espacial Nancy Grace Roman de la NASA, cuyo lanzamiento está previsto 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? Al mirar objetos distantes. Un año luz es una medida de la distancia que la luz puede viajar en un año (unos 6 billones de millas, o unos 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 abandonó el objeto por primera vez. 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 las galaxias que se remontan a unos 5.000 millones de años en el pasado. Euclid mirará 8 mil millones de años hacia 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 su apariencia cuando se ven desde la Tierra sí lo hace. La mayor parte de la materia de nuestro universo es materia oscura, que no emite, refleja ni interactúa con la luz. Si bien los científicos no saben de qué está hecho, saben que está ahí, porque su gravedad lo delata: grandes depósitos de materia oscura en nuestro universo. espacio de deformación en sí mismo. A medida que la luz viaja por el espacio, se encuentra con estas porciones de espacio deformado, lo que hace que las imágenes de galaxias distantes parezcan curvas o borrosas. Esto se mostró en una de las primeras imágenes publicadas por 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 al espacio de flexión de la materia oscura, 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 Euclid y Roman. Por lo tanto, es esencial que sigamos colaborando con científicos de todo el mundo en este problema, como lo hemos hecho con el Dark Energy Survey».