Solo con los datos arrojados por los seis primeros meses de observaciones del Instrumento Espectroscópico de Energía Oscura (proyecto DESI), sus científicos ya han podido crear el mayor mapa tridimensional del universo hasta la fecha
El Universo está continuamente expandiéndose. No solo eso: cada vez lo hace más rápido, impulsado por una 'misteriosa' fuerza que no podemos detectar directamente. Es la conocida como 'energía oscura'. Para intentar desentrañar todos los interrogantes que este esquivo fenómeno plantea, se ideó el Instrumento Espectroscópico de Energía Oscura (o proyecto DESI, por sus siglas en inglés), que tiene como objetivo observar más de 40 millones de galaxias, cuásares y estrellas en cinco años (como dato: en una buena noche puede registrar espectros de 150.000 objetos, unos 5.000 cada 20 minutos), creando el mapa tridimensional más completo jamás creado por la humanidad.
Pero, paso a paso. Este martes, el consorcio hace pública la primera remesa de información, creada a partir de las observaciones de los seis primeros meses y en la que ya se han cartografiado dos millones de objetos, más galaxias que todos los estudios tridimensionales anteriores combinados. Y esto es solo un aperitivo, porque el instrumento empezó a funcionar hace ya dos años.
En fase de comprobación de instrumentos
En concreto, se trata de un conjunto que ocupa 80 terabytes provenientes de 2.480 exposiciones tomadas a lo largo de seis meses de observación durante la fase de validación del experimento entre 2020 y 2021. En este periodo, previo a la toma principal de datos, los investigadores del proyecto DESI, entre los que se encuentran varios grupos españoles, se aseguraron que su plan para utilizar el telescopio cumpliera con todos los objetivos científicos; por ejemplo, verificando cuánto tiempo era necesario para observar galaxias de diferentes brillos, y validando la selección de estrellas y galaxias a observar. Pero las pruebas ofrecieron mucho más de lo esperado.
«Es impresionante que, en apenas unos meses, DESI haya medido posiciones para más objetos que todos los cartografiados cósmicos anteriores», señala Violeta González Pérez, investigadora del departamento de Física Teórica de la Universidad Autónoma de Madrid, involucrada en la generación de catálogos computacionales de galaxias que nos ayuden a interpretar los datos recogidos por DESI. «Los datos que se hacen públicos este martes nos permitirán entender mejor la naturaleza de la energía oscura con herramientas matemáticas que no se habían podido utilizar hasta ahora. Y no sólo eso, con esta ingente cantidad de datos también podremos explorar los primeros momentos del universo, la masa de los neutrinos, la historia de nuestra galaxia y la formación y evolución de galaxias y cuásares».
Participación española en DESI
Participan en DESI el Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT), el Instituto de Ciencias del Espacio (ICE-CSIC), el Institut d'Estudis Estudis Espacials de Catalunya (IEEC), el Institut de Física d'Altes Energies (IFAE), el Instituto de Física Teórica (IFT-CSIC-UAM), el Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC), el Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) y el Instituto de Ciències del Cosmos de la Universidad de Barcelona (ICCUB).
Sorpresas entre los datos
De forma paralela, se han hecho públicos una serie de artículos (pendientes de ser revisados para ser publicados en revistas científicas próximamente) que incluyen mediciones del agrupamiento de galaxias, estudios de objetos peculiares y caracterización del instrumento y las operaciones del cartografiado. Entre las sorpresas, los investigadores han encontrado nuevos cuásares, agujeros negros supermasivos y extremadamente brillantes que se encuentran en el centro de las galaxias, a distancias increíblemente lejanas; y pruebas de una migración masiva de estrellas a nuestra galaxia vecina, Andrómeda (y con la que está previsto que choquemos dentro de unos 4.500 millones de años).
«Las observaciones de DESI son mucho más precisas que las de cartografiados anteriores, lo que permite observar todo tipo de objetos extragalácticos, incluidos cuásares formados poco después del Big Bang. El descubrimiento de objetos tan raros no solo constituye un avance importante en sí mismo, sino que también nos permite estudiar el misterio de la formación de agujeros negros supermasivos», afirma en un comunicado Malgorzata Siudek, investigadora postdoctoral en el Instituto de Ciencias del Espacio en Barcelona, que lidera la identificación y análisis de las propiedades físicas de las galaxias que albergan agujeros negros supermasivos activos. «DESI observará millones de cuásares, multiplicando por cuatro el número de objetos conocidos. El descubrimiento de cuásares muy lejanos, reservado hasta ahora solo para telescopios grandes, con un instrumento de 4 metros, nos enorgullece a todos y confirma la excelencia de DESI».
Fibras ópticas que se mueven al unísono
El instrumento DESI está instalado en el reformado telescopio de 4 metros Nicholas U. Mayall, del observatorio Kitt Peak (Arizona, Estados Unidos), perteneciente a la Fundación Nacional de Ciencia de los Estados Unidos y administrado por NOIRLab. Incluye una novedosa óptica, que aumenta su campo de visión, y 5.000 fibras ópticas controladas robóticamente, capaces de medir simultáneamente los datos espectroscópicos de otros tantos objetos astronómicos.
A medida que el telescopio, que pesa del orden de las toneladas, se mueve, las fibras ópticas se alinean con una precisión microscópica para recoger la luz de las galaxias reflejada en el espejo del telescopio, que tiene cuatro metros de diámetro. Desde allí, la luz se conduce a un banco de espectrógrafos y cámaras CCD para su posterior procesamiento y estudio.
El telescopio DESI recoge luz, o espectros, de galaxias y quásares, lo que permite medir su velocidad de recesión. Sabemos que cuanto más lejos de nosotros está el objeto, mayor es su velocidad de recesión, lo que nos permite construir un mapa 3D del universo. Así, teniendo la 'imagen' exacta del Universo, se podrán contestar dos preguntas claves: qué es la energía oscura y cuál es el grado en que la gravedad sigue las leyes de la relatividad general, la teoría de Albert Einstein que parece soportarlo todo (de momento), pero que aún tienen algunas 'lagunas'.
Desentrañando la energía oscura
El universo no es homogéneo, sino que las galaxias se acumulan en 'grupos' de diferentes tamaños. Los estudios pioneros midieron los espectros de luz de las galaxias, es decir, la división de la luz por longitud de onda o color, identificando indicios de ciertos elementos químicos (como hidrógeno, nitrógeno y oxígeno).
Estas huellas químicas cambian a longitudes de onda más largas y rojas debido a la expansión del universo. Este 'desplazamiento al rojo' fue detectado por primera vez por el astrónomo Vesto Slipher y dio lugar a la ahora famosa Ley de Hubble, según la cual las galaxias más distantes parecen estar alejándose a mayor velocidad. Esto supone que las galaxias cercanas parecen alejarse más lentamente en comparación, dado que no están tan desplazadas al rojo como las galaxias lejanas. Por lo tanto, medir el desplazamiento al rojo de una galaxia es una forma de medir su distancia.
Las observaciones posteriores iniciaron una nueva etapa en la comprensión del universo, en la que las mediciones indican que el cosmos está compuesto por un 30% de materia y un 70% de energía oscura. Sin embargo, pese a que la mayoría de los físicos aceptan que este extraño componente que se comporta como una fuerza repelente existe, se desconoce su forma exacta. Y aún se alimentan encarnizados debates detrás de qué puede hacer que los límites del cosmos se estén expandiendo de forma acelerada. Por eso es necesario poseer cuanta más información, mejor.
Fotografía de portada: Telescopio de 4 metros Nicholas U. Mayall en el Observatorio Nacional Kitt Peak cerca de Tucson, Arizona / Colaboración DESI.
