Colombianos contribuyen al mayor mapa 3D del universo, uno de los avances destacados de 2024

Se estima que la edad del universo es de unos 13.800 millones de años, un periodo en el que, desde que se produjo el Big bang –esa gran explosión que marcó su origen–, se ha venido expandiendo. Crear un gran mapa que dé cuenta de su inmensidad, y que contribuya a entender su composición y evolución se ha convertido en una ambición a la que han apuntado diferentes proyectos desde que en los años 80 la tecnología permitió hacer los primeros intentos para conseguirlo.

(Le puede interesar: La Nasa retrasa de nuevo el regreso de astronautas a la Luna, que ahora planea para 2027)

Mientras en esa época estos mapas trazaban la posición de unas mil galaxias observadas, en la segunda década del 2000 empezaron a aparecer proyectos capaces de abarcar un par de millones de galaxias más y de brindar datos importantes sobre temas que aún intrigan a físicos y astrónomos, como la materia y la energía oscura, términos que en ambos casos hablan de componentes importantes para explicar el comportamiento del universo a grandes escalas.

Sin embargo, dada la descomunal tarea, acelerar ese proceso y garantizar una mayor precisión de los resultados continuaba siendo el objetivo. En este contexto surgió el Dark Energy Spectroscopic Instrument (Desi), que trabaja actualmente en la construcción del mapa tridimensional más grande del universo para estudiar la energía oscura. Una iniciativa que fue reconocida como una de las 200 Mejores Invenciones de 2024 en la categoría de Ciencias del Espacio, por la revista Time.

(Lea también: Científicos destapan corteza terrestre en la profundidad del océano y descubren seres vivos)

Se trata de un esfuerzo que involucra a más de 70 instituciones y 500 científicos de todo el mundo, quienes buscan entender la misteriosa fuerza que acelera la expansión del cosmos y que, pese a no estar finalizado aún, ya ha demostrado mayores capacidades que las de sus predecesores. Por ejemplo, en comparación con las mediciones del mapa del BOSS/eBOSS del Sloan Digital Sky Survey, presentado en 2020 y que recogió datos durante más de dos décadas, Desi ha mostrado ser dos veces más poderoso en la medida de la velocidad de expansión .

Entre los investigadores que participan en el proyecto está el físico Jaime Forero, quien, junto con su equipo del Departamento de Física de la Universidad de los Andes, ha colaborado con el procesamiento de datos y el diseño del código utilizado para posicionar los robots de Desi y registrar las regiones específicas del cielo. “Se necesitaba una tecnología nueva que lograra en una noche hacer lo que los experimentos pasados podían hacer en un mes, es decir, multiplicar por 20 o 30 esta velocidad de toma de datos”, señala el científico colombiano quien asegura haber llegado a este proyecto casi que por un golpe de suerte.

“En el 2011 estaba llegando a Berkeley. Ese es un año especial porque es cuando le dan el premio Nobel de física al descubrimiento de la energía oscura –y de la expansión acelerada del universo– que se había hecho una década antes, hacia el final del siglo XX. Y una de las personas que lo gana, Saul Perlmutter, trabaja en esta universidad, que es desde donde se propone el Desi. Estaba en el lugar adecuado, en el momento adecuado, porque el proyecto, además, apenas estaba naciendo”, recuerda el profesor de los Andes, quien lleva más de una década como parte de esta colaboración.

Desi es un instrumento que está instalado en lo alto de una montaña donde se encuentra el telescopio Nicholas U. Mayall del Observatorio Nacional Kitt Peak, un programa, a su vez, del NOIRLab de la National Science Foundation (NSF) de Estados Unidos y que es liderado por el Lawrence Berkeley National Laboratory (LBL).

De acuerdo con Forero, el componente básico del Desi es un espectrógrafo, un instrumentos que recibe la luz emitida por objetos celestes, como las estrellas presentes en las galaxias, y la fracciona, como ocurre con un prisma que descompone la luz en los colores del arco iris. “Lo que hace especial a esta herramienta es que tiene múltiples espectrógrafos, lo que le permite recibir luz de hasta 5.000 galaxias al tiempo”, asegura.

Según explica el físico colombiano, ese fue el avance tecnológico de la última década. “Antes se podía recibir luz de tal vez unas 300 galaxias en un mismo instante, ahora Desi permite multiplicar eso por más de un factor de 10. Eso es posible gracias a pequeños robots que tienen fibras ópticas en sus puntas y se pueden programar”, detalla Forero.

Gracias a esos robots diminutos los investigadores pueden mirar 11.000 millones de años hacia el pasado. La luz de objetos lejanos en el espacio está llegando ahora a Desi, proporcionando la información que les permite a los científicos cartografiar nuestro cosmos tal y como era en su juventud y rastrear su crecimiento hasta lo que vemos hoy. Los expertos señalan que comprender cómo ha evolucionado nuestro universo está ligado a cómo termina, y a uno de los mayores misterios de la física: la energía oscura, el ingrediente desconocido que hace que nuestro universo se expanda cada vez más rápido.

Desi ya ha creado el mayor mapa tridimensional de nuestro cosmos jamás construido, con las mediciones más precisas hasta la fecha. Resultados que fueron compartidos por los investigadores al completarse el primer año de datos recogidos. En abril de este año se publicaron una serie de artículos en arXiv y los divulgaron en charlas en la reunión de la American Physical Society en Estados Unidos y en los Rencontres de Moriond en Italia.

De acuerdo con Michael Levi, director del Desi y científico del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) lo que hasta el momento han mostrado los datos de este proyecto es un acuerdo básico con el mejor modelo que se tiene del universo. “Pero también estamos viendo algunas diferencias potencialmente interesantes que podrían indicar que la energía oscura está evolucionando con el tiempo. Éstas pueden desaparecer o no con más datos, así que estamos entusiasmados por empezar a analizar pronto nuestro conjunto de datos de tres años”, indicó el investigador en el primer trimestre del 2024.

De acuerdo con Forero, este hallazgo está revolucionando la comprensión de la expansión del universo y plantea nuevas preguntas sobre cómo esta variabilidad influye en la evolución cósmica. Además, en estos estudios se ha propuesto una posible relación entre la energía oscura y el crecimiento de los agujeros negros, lo que podría abrir nuevas áreas de estudio en la física y la cosmología.

En noviembre el proyecto volvió a emitir un comunicado sobre sus resultados. En él señalaban que sus observaciones coinciden con lo que predice la teoría de la relatividad general de Einstein. “La relatividad general se ha comprobado muy bien a la escala de los sistemas solares, pero también necesitábamos probar que nuestra hipótesis funciona a escalas mucho mayores”, explicó Pauline Zarrouk, cosmóloga del Centro Nacional de Investigación Científica (CNRS) de Francia que trabaja en el Laboratorio de Física Nuclear y de Altas Energías (LPNHE) y codirigió el nuevo análisis, quien añadió: “Estudiar el ritmo al que se formaron las galaxias permite poner a prueba directamente nuestras teorías y, hasta ahora, coincidimos con lo que predice la relatividad general a escalas cosmológicas”.

Como una especie de esponja llena de conexiones y filamentos, así se ve el mapa en 3D del universo, o como una imagen satelital de una gran ciudad en la que sus calles y carreras iluminadas de noche asemejan a una red neuronal. En este caso se trata de galaxias que se acumulan en las partes más brillantes, mientras que las regiones oscuras marcan su ausencia en el universo.

Desi obtiene la información de cada galaxia para establecer su posición, su ubicación y su profundidad. Esa información está representada en un diagrama en forma de cono en la que visualizan su profundidad en tres dimensiones. Se trata de una porción específica del universo –mucho más amplia que la que consiguen observatorios como el telescopio espacial James Webb– en la que este instrumento centra sus observaciones. Los cuatro colores presentes en esta tajada simbolizan poblaciones distintas de galaxias, cada una más alejada. Los puntos corresponden a una galaxia, y las secuencias se conectan con lo que se llama filamentos de galaxias.

“Ahora bien, lo que se requiere luego para interpretar la energía y la materia oscura, que no se ve directamente en la imagen es un procesamiento, una interpretación, en la que se utiliza bastante matemática”, explica el profesor Forero. De acuerdo con el docente, este tipo de mapas permiten detallar el comportamiento de aspectos como la energía y la materia oscura para que otras personas, como físicos teóricos o de partículas, interesados en los componentes fundamentales del universo, propongan nuevas ideas sobre esos conceptos desconocidos.

Para esto esperan que el mapa de la fase original del proyecto, con 40 millones de galaxias, se culmine en el 2026 y adicionalmente ya se tiene considerada una extensión de un par de años para una segunda fase en la que se esperan recolectar datos desde el 2028 hasta el 2033.

ALEJANDRA LÓPEZ PLAZAS

REDACCIÓN CIENCIA

@TiempodeCiencia

@malelopezpl