Los científicos han descubierto que una presión misteriosa denominada "energía oscura" constituye aproximadamente el 68% del contenido total de energía del cosmos. pero hasta ahora no sabemos mucho más al respecto. Explorar la naturaleza de la energía oscura es una de las principales razones por las que la NASA está construyendo el Telescopio de reconocimiento infrarrojo de campo amplio (WFIRST), un telescopio espacial cuyas medidas ayudarán a iluminar el rompecabezas de la energía oscura. Con una mejor comprensión de la energía oscura, tendremos un mejor sentido de la evolución pasada y futura del universo.

Un cosmos en expansión

Hasta el siglo XX, la mayoría de la gente creía que el universo era estático, permaneciendo esencialmente sin cambios a lo largo de la eternidad. Cuando Einstein desarrolló su teoría general de la relatividad en 1915, describir cómo actúa la gravedad a través del tejido del espacio-tiempo, estaba perplejo al descubrir que la teoría indicaba que el cosmos debía expandirse o contraerse. Hizo cambios para preservar un universo estático, añadiendo algo que llamó la "constante cosmológica, "a pesar de que no había evidencia de que realmente existiera. Se suponía que esta fuerza misteriosa contrarrestaba la gravedad para mantener todo en su lugar.

Sin embargo, a medida que la década de 1920 estaba llegando a su fin, el astrónomo Georges Lemaitre, y luego Edwin Hubble, hizo el sorprendente descubrimiento de que, con muy pocas excepciones, las galaxias se alejan unas de otras. El universo estaba lejos de ser estático, se estaba hinchando hacia afuera. Como consecuencia, si imaginamos rebobinar esta expansión, debe haber habido un tiempo en el que todo en el universo era casi increíblemente caliente y estaba muy cerca.

Los científicos han descubierto que una presión misteriosa denominada "energía oscura" constituye aproximadamente el 68 por ciento del contenido total de energía del cosmos. pero hasta ahora no sabemos mucho más al respecto. Explorar la naturaleza de la energía oscura es una de las principales razones por las que la NASA está construyendo el Telescopio de reconocimiento infrarrojo de campo amplio (WFIRST), un telescopio espacial cuyas medidas ayudarán a iluminar el rompecabezas de la energía oscura. Con una mejor comprensión de la energía oscura, tendremos un mejor sentido de la evolución pasada y futura del universo.

El fin del universo:¿fuego o hielo?

La teoría del Big Bang describe la expansión y evolución del universo a partir de este supercaliente inicial, estado superdenso. Los científicos teorizaron que la gravedad eventualmente ralentizaría y posiblemente incluso revertiría por completo esta expansión. Si el universo tuviera suficiente materia en él, la gravedad superaría la expansión, y el universo colapsaría en un ardiente "Big Crunch".

Que no, la expansión nunca terminaría:las galaxias crecerían más y más lejos hasta que pasaran el borde del universo observable. Es posible que nuestros descendientes lejanos no tengan conocimiento de la existencia de otras galaxias, ya que estarían demasiado lejos para ser visibles. Gran parte de la astronomía moderna podría algún día reducirse a una mera leyenda a medida que el universo se desvanezca gradualmente hasta convertirse en un negro helado.

El universo no solo se está expandiendo, se está acelerando

Los astrónomos han medido la tasa de expansión utilizando telescopios terrestres para estudiar explosiones de supernovas relativamente cercanas. El misterio se intensificó en 1998 cuando las observaciones del telescopio espacial Hubble de supernovas más distantes ayudaron a mostrar que el universo en realidad se expandió más lentamente en el pasado que en la actualidad. La expansión del universo no se ralentiza debido a la gravedad, como todos pensaban. Se está acelerando.

Avance rápido hasta hoy. Si bien todavía no sabemos qué está causando exactamente la aceleración, se le ha dado un nombre:energía oscura. Esta misteriosa presión permaneció sin descubrir durante tanto tiempo porque es tan débil que la gravedad la domina en la escala de los humanos. planetas e incluso la galaxia. Está presente en la habitación contigo mientras lees, dentro de tu propio cuerpo, pero la gravedad lo contrarresta para que no salga volando de su asiento. Es solo en una escala intergaláctica que la energía oscura se vuelve notable, actuando como una especie de débil oposición a la gravedad.

¿Qué es la energía oscura?

¿Qué es exactamente la energía oscura? Más se desconoce de lo que se sabe, pero los teóricos están buscando un par de posibles explicaciones. La aceleración cósmica podría ser causada por un nuevo componente energético, lo que requeriría algunos ajustes a la teoría de la gravedad de Einstein, tal vez la constante cosmológica, que Einstein llamó su mayor error, es real después de todo.

Alternativamente, La teoría de la gravedad de Einstein puede romperse en escalas cosmológicas. Si este es el caso, la teoría deberá ser reemplazada por una nueva que incorpore la aceleración cósmica que hemos observado. Los teóricos aún no saben cuál es la explicación correcta, pero WFIRST nos ayudará a averiguarlo.

WFIRST iluminará la energía oscura

Las misiones anteriores han reunido algunas pistas, pero hasta ahora no han arrojado resultados que favorezcan fuertemente una explicación sobre otra. Con la misma resolución que las cámaras del Hubble pero un campo de visión 100 veces mayor, WFIRST generará grandes imágenes nunca antes vistas del universo. La nueva misión avanzará en la exploración del misterio de la energía oscura de formas que otros telescopios no pueden al mapear cómo está estructurada y distribuida la materia en todo el cosmos. y también midiendo un gran número de supernovas distantes. Los resultados indicarán cómo actúa la energía oscura en todo el universo, y si ha cambiado y cómo ha cambiado a lo largo de la historia cósmica.

La misión utilizará tres métodos de encuesta para buscar una explicación de la energía oscura. El estudio espectroscópico de alta latitud medirá distancias y posiciones precisas de millones de galaxias utilizando una técnica de "regla estándar". Medir cómo varía la distribución de las galaxias con la distancia nos dará una ventana a la evolución de la energía oscura a lo largo del tiempo. Este estudio conectará las distancias de las galaxias con los ecos de las ondas sonoras justo después del Big Bang y probará la teoría de la gravedad de Einstein a lo largo de la edad del universo.

El High Latitude Imaging Survey medirá las formas y distancias de multitudes de galaxias y cúmulos de galaxias. La inmensa gravedad de los objetos masivos deforma el espacio-tiempo y hace que las galaxias más distantes parezcan distorsionadas. Observar el grado de distorsión permite a los científicos inferir la distribución de masa en todo el cosmos. Esto incluye toda la materia que podemos ver directamente, como planetas y estrellas, así como la materia oscura, otro oscuro misterio cósmico que solo es visible a través de sus efectos gravitacionales sobre la materia normal. Esta encuesta proporcionará una medida independiente del crecimiento de la estructura a gran escala en el universo y cómo la energía oscura ha afectado al cosmos.

WFIRST también realizará un estudio de un tipo de estrella en explosión, basándose en las observaciones que llevaron al descubrimiento de la expansión acelerada. Las supernovas de tipo Ia ocurren cuando explota una estrella enana blanca. Las supernovas de tipo Ia generalmente tienen el mismo brillo absoluto en su punto máximo, haciéndolas las llamadas "velas estándar". Eso significa que los astrónomos pueden determinar qué tan lejos están al ver qué tan brillantes se ven desde la Tierra, y cuanto más lejos están, cuanto más tenues aparecen. Los astrónomos también observarán las longitudes de onda particulares de la luz proveniente de las supernovas para descubrir qué tan rápido se alejan de nosotros las estrellas moribundas. Combinando distancias con medidas de brillo, los científicos verán cómo la energía oscura ha evolucionado con el tiempo, proporcionando una verificación cruzada con las dos encuestas de alta latitud.

"La misión WFIRST es única al combinar estos tres métodos. Conducirá a una interpretación muy sólida y rica de los efectos de la energía oscura y nos permitirá hacer una declaración definitiva sobre la naturaleza de la energía oscura, "dijo Olivier Doré, un científico investigador en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en Pasadena, California, y líder del equipo que planifica los dos primeros métodos de encuesta con WFIRST.

Descubrir cómo la energía oscura ha afectado la expansión del universo en el pasado arrojará algo de luz sobre cómo influirá en la expansión en el futuro. Si continúa acelerando la expansión del universo, es posible que estemos destinados a experimentar un "gran desgarro". En este escenario, la energía oscura eventualmente se convertiría en dominante sobre las fuerzas fundamentales, causando todo lo que está unido actualmente - galaxias, planetas personas - para separarse. Explorar la energía oscura nos permitirá investigar, y posiblemente hasta prever, el destino del universo.