La materia oscura del universo, en el mapa a gran escala más preciso jamás realizado

Los astrofísicos ya tienen una comprensión bastante precisa de cómo envejece el universo. Y una nueva colaboración internacional, mediante la cual se ha confeccionado el mapa más preciso de la estructura del universo, no ha hecho más que confirmar con más fuerza los datos que se tenían hasta ahora. El 26% del universo se compone de la misteriosa materia oscura, así como de un 70% de energía oscura, que está causando su expansión acelerada. Esta es la conclusión de la Encuesta de Energía Oscura (DES), que ha presentado sus resultados durante la reunión de la American Physical Society Division of Particles and Fields en el Fermi National Accelerator Laboratory, cerca de Chicago (EE.UU).

Los nuevos datos, combinados con la medición de las ondas de fondo de microondas, han permitido predecir la estructura del universo con una exactitud nunca antes vista. La medición de ondas de fondo de microondas era, hasta el momento, la prueba más precisa de los modelos cosmológicos, realizada por la misión espacial Planck de la Agencia Espacial Europea (ESA), un débil resplandor en el cielo emitido trescientos ochenta mil años después del  Big Bang.

Imagen: mapa de la materia oscura realizada a partir de medidas de lente gravitatoria de 26 millones de galaxias en la Encuesta de Energía Oscura. Las regiones rojas tienen más materia oscura que la media, y las regiones azules, menos materia oscura./Chihway Chang/University of Chicago/DES collaboration.

"Por primera vez, la precisión de los parámetros cosmológicos clave que salen de una medición de galaxias es comparable a los derivados de las mediciones del fondo de microondas cósmico”, en palabras de una de las fundadoras de la Encuesta de Energía Oscura, Risa Wechsler.

¿Cómo se ha realizado la medición?

Los científicos han analizado la luz de veintiséis millones de galaxias para estudiar cómo las estructuras en el universo han cambiado en los últimos siete mil millones de años, que es la mitad de la edad del universo. Los datos fueron tomados con la DECam, una cámara de 570 megapíxeles conectada al Telescopio Víctor M. Blanco de 4 metros en el Observatorio Interamericano Cerro Tololo en Chile. Los científicos se aprovecharon del fenómeno por el cual las imágenes lejanas de galaxias se distorsionan ligeramente por la gravedad de otras galaxias en primer plano, un efecto conocido como lente gravitacional débil. Este análisis condujo al mapa más grande nunca construido de la distribución de la materia, regular y oscura, en el universo, así como su evolución con el tiempo.

"Con un margen de error de menos de 5%, los resultados combinados de Planck y DES son consistentes con el modelo estándar de cosmología", en la palabras de Wechsler.

El modelo estándar de cosmología, llamado Lambda-CDM, incluye dos ingredientes clave. El primero es la materia oscura fría (MDL), una forma invisible de materia que es cinco veces más frecuente que la materia regular, y que se agrupa y está en el corazón de la formación de estructuras como galaxias y racimos de galaxias. Lambda, la constante cosmológica, describe la expansión acelerada del universo, impulsada por una fuerza desconocida denominada energía oscura. La materia oscura nunca ha sido detectada directamente. Por su parte, la energía oscura es aún más misteriosa, y no se sabe si en realidad es una constante o cambia con el tiempo.

Materia y energía oscuras modelan la estructura del universo

En los primeros cuatrocientos mil años después del Big Bang, el universo estaba lleno de gas incandescente, cuya luz sobrevive hasta nuestros días. El mapa de Planck de la radiación cósmica de fondo de microondas nos da una instantánea del universo en ese momento. Desde entonces, por un lado, la gravedad de la materia oscura ha atraído la masa y ha hecho que se formen estructuras en el universo a lo largo del tiempo. Por otro, la energía oscura, con su efecto repulsivo, ha estado combatiendo la atracción de la materia. Usando el mapa de Planck como punto de partida, los cosmólogos pueden calcular con precisión cómo se ha desarrollado esta batalla entre materia y energía oscuras a lo largo de unos catorce mil millones de años.

"Mientras que Planck miró la estructura del universo muy temprano, DES ha medido las estructuras que evolucionaron mucho más adelante," dice Daniel Gruen, del instituto de Kavli para la Astrofísica y Cosmología de las Partículas (KIPAC). "El crecimiento de estas estructuras desde las primeras edades del universo hasta hoy coincide con lo que nuestros modelos predicen, mostrando que podemos describir muy bien la evolución cósmica".