El 1 de julio de 2023 se lanzó Euclid, un telescopio espacial europeo único, desde Cabo Cañaveral. El lanzamiento fue sin duda el punto culminante de mi carrera como astrónomo, pero presenciar el resultado de años de trabajo en un cohete no es para los débiles de corazón. Tras un lanzamiento perfecto, Euclid llegó rápidamente a su órbita prevista, a unos 1,5 millones de kilómetros de la Tierra. Desde este punto de vista distante, ha comenzado a enviar imágenes nítidas que cubrirán casi un tercio del cielo a finales de esta década.
Euclides es el siguiente gran paso adelante en nuestra búsqueda para intentar comprender el universo. Durante el siglo pasado hemos logrado enormes avances. Hemos aprendido que la fusión de hidrógeno en helio alimenta estrellas como nuestro sol, mientras que la mayoría de los átomos de nuestros cuerpos se forjaron en los núcleos de estrellas que desde entonces explotaron. Descubrimos que la galaxia es una de las muchas galaxias que trazan enormes estructuras parecidas a espuma que impregnan el cosmos. Ahora sabemos que el universo comenzó hace unos 13.600 millones de años con un "Big Bang" y se ha estado expandiendo desde entonces.
Estos son logros importantes, pero a medida que aprendimos más, también quedó claro que hay muchas cosas que no entendemos. Por ejemplo, se cree que la mayor parte de la masa es "materia oscura", una nueva forma de materia que no se explica mediante el modelo estándar de física de partículas, por lo demás muy exitoso. La atracción gravitacional de toda esta materia debería frenar la expansión del universo, pero hace unos 25 años descubrimos que en realidad se está acelerando. Esto requiere un componente aún más misterioso. Para reflejar nuestra ignorancia (hasta la fecha no existe una buena explicación física) nos referimos a ella como "energía oscura". Combinadas, la materia oscura y la energía oscura constituyen el 95% del universo, pero no entendemos su naturaleza.
Lo que sí sabemos es que ambos componentes oscuros influyen en la forma en que se pueden formar estructuras grandes. La gravedad de la materia oscura ayuda a unir la materia para formar galaxias o incluso objetos más grandes. Por el contrario, la energía oscura separa las cosas, contrarrestando así eficazmente la atracción gravitacional. El equilibrio entre ambos evoluciona a medida que el universo se expande, y la energía oscura se vuelve cada vez más dominante. Los detalles dependen de la naturaleza de los componentes oscuros y la comparación con las observaciones nos permite distinguir entre diferentes teorías. Ésta es la razón principal por la que se lanzó Euclides. Mapeará cómo se distribuye la materia y cómo evolucionó con el tiempo. Estas mediciones pueden proporcionar la guía tan necesaria que conducirá a una mejor comprensión del lado oscuro del universo.
Pero, ¿cómo podemos estudiar la distribución de la materia, si la mayor parte es materia oscura invisible? Afortunadamente, la naturaleza ha proporcionado un camino conveniente a seguir:la teoría de la relatividad general de Einstein nos dice que la materia curva el espacio a su alrededor. Los grupos de materia oscura revelan su presencia distorsionando las formas de galaxias más distantes, al igual que las olas en la superficie de una piscina distorsionan el patrón de los azulejos en el fondo.
Dada la similitud con las lentes ópticas normales (la física es diferente, pero las matemáticas son las mismas), la curvatura de los rayos de luz por la materia se conoce como lentes gravitacionales. En casos raros, la curvatura es tan fuerte que se pueden observar múltiples imágenes de la misma galaxia. La mayoría de las veces, sin embargo, el efecto es más sutil y cambia ligeramente las formas de las galaxias distantes. No obstante, si promediamos las mediciones de un gran número de galaxias, podemos descubrir patrones en sus orientaciones que han sido impresos por la distribución intermedia de la materia, tanto regular como oscura.
Esta señal de "lente débil" puede no ser tan espectacular, pero nos proporciona una forma directa de mapear la distribución de la materia en el universo, especialmente cuando se combina con las distancias a las galaxias para las cuales se midieron las formas. El potencial de esta técnica se reconoció a principios de los años noventa, pero también quedó claro que las mediciones serían un desafío. La turbulencia en la atmósfera nubla nuestra visión de las galaxias débiles, pequeñas y distantes que queremos utilizar, mientras que las imperfecciones en la óptica del telescopio cambian inevitablemente las formas observadas de las galaxias. De ahí que la comunidad astronómica se mostrara escéptica sobre la viabilidad técnica. Esta era la situación cuando comencé mi doctorado. en 1995, cuando me embarqué en un viaje para demostrarles que estaban equivocados.
A lo largo de los años, utilizando conjuntos de datos cada vez mayores recopilados con telescopios terrestres, descubrimos y resolvimos nuevos problemas. Basándome en observaciones del Telescopio Espacial Hubble lanzado en 1990, mi trabajo de tesis ya había demostrado que medir formas parcialmente es mucho más fácil desde el espacio. Sin embargo, hasta la llegada de Euclides, los telescopios espaciales sólo podían observar pequeñas zonas del cielo:el telescopio espacial James Webb (JWST), lanzado en 2021, ve el equivalente a un grano de arena con el brazo extendido. Sin embargo, para probar realmente la naturaleza de la energía oscura necesitamos cubrir un área 6 millones de veces mayor. Esto es lo que llevó a Euclid, un telescopio único, diseñado para proporcionar imágenes nítidas de 1.500 millones de galaxias, así como información sobre la distancia a éstas. Como muestra la figura 2, en una sola toma observamos un área más grande que la luna llena.
Estos datos se complementan con distancias precisas de unos 25 millones de galaxias para mapear la distribución de galaxias distantes con gran detalle.
Cuando comencé mi viaje en este campo de investigación, la energía oscura no había sido descubierta, mientras que pocos creían que las lentes débiles serían una herramienta importante para estudiar la distribución de la materia. Cómo han cambiado las cosas. El lanzamiento de Euclides es posiblemente la demostración más espectacular de esto. Desde 2011, cuando el proyecto todavía estaba siendo considerado por la Agencia Espacial Europea (ESA) como parte de su programa Cosmic Vision, he sido uno de los coordinadores de cosmología de Euclid. Esto significa que fui responsable de establecer las características principales de la misión, en particular las relacionadas con lentes gravitacionales débiles. Esto incluyó especificar qué tan nítidas deberían ser las imágenes y qué tan bien necesitamos medir las formas de las galaxias. El trabajo también implicó interacciones frecuentes con la Agencia Espacial Europea (ESA) para aclarar los objetivos científicos y descubrir cómo abordar nuevos conocimientos.
Gracias al arduo trabajo de un gran equipo de ingenieros y científicos, logramos superar muchos obstáculos técnicos. Continuamos nuestra colaboración durante una pandemia, solo para perder nuestro cohete previsto debido a la invasión rusa de Ucrania; se planeó que Euclid se lanzara en un cohete Soyuz. Sorprendentemente, la ESA encontró rápidamente una solución:el lanzamiento de un Falcon 9 por parte de SpaceX. Como resultado, me encontré en Florida para presenciar lo que podría decirse que fue la culminación de toda mi investigación hasta el momento.
Desde entonces ha sido una montaña rusa. Las primeras imágenes tomadas en julio fueron más ruidosas de lo previsto debido a la luz del sol que se filtraba en la cámara. Esto habría sido un problema grave, pero rápidamente se identificó al culpable más probable:un propulsor sobresaliente que reflejaba la luz del sol en la parte posterior del parasol, al igual que la solución. Girando ligeramente la nave espacial, el propulsor podría colocarse a la sombra del satélite. Sin embargo, esto significó una revisión completa de la planificación de la encuesta.
Los problemas no terminaron ahí. La radiación del sol empuja continuamente a Euclides, lo que se compensa mediante propulsores que mantienen el telescopio completamente estable. Sólo entonces podremos tomar las fotografías nítidas que necesitamos. Sin embargo, las partículas energéticas del sol interfirieron con el sistema estabilizador, provocando que el telescopio temblara un poco. Esto se solucionó con una actualización de software. Más recientemente, la acumulación de hielo dentro del telescopio causó preocupación, pero ese problema también se resolvió con éxito.
Para dar al mundo una idea de su potencial, en noviembre se publicaron algunas "observaciones anticipadas" de objetos fotogénicos. El más cercano a mi investigación es el del cúmulo de galaxias de Perseo (Figura 1). Además de las grandes galaxias amarillentas que forman parte de este enorme cúmulo de materia, Euclides proporciona imágenes detalladas de otras 50.000 galaxias. Este nivel de detalle es lo que necesito para mi investigación, ¡pero hasta ahora sólo tengo 800 de 25.000 imágenes de este tipo! Esto ha comenzado:el 15 de febrero de 2024, Euclid inició su estudio principal y durante los próximos 2200 días seguirá fotografiando el cielo. Esta gran cantidad de datos será un tesoro escondido para los astrónomos (y para el mundo entero) en los años venideros. Por ejemplo, podemos estudiar en detalle la estructura de cientos de galaxias cercanas, como IC 342 (Figura 3). Estas imágenes son sólo un adelanto de lo que traerá el futuro.
Proporcionado por The Conversation
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