Explorar la naturaleza de la energía oscura es una de las razones principales por las que la NASA está construyendo el Telescopio de prospección infrarroja de campo amplio (WFIRST), un telescopio espacial cuyas mediciones ayudarán a iluminar el rompecabezas de la energía oscura. Con una mejor comprensión de la energía oscura, tendremos una mejor idea de la evolución pasada y futura del universo.
Un cosmos en expansión
Hasta el siglo 20, la mayoría de la gente creía que el universo era estático, permaneciendo esencialmente sin cambios durante toda la eternidad. Cuando Einstein desarrolló su teoría general de la relatividad en 1915, describiendo cómo la gravedad actúa a través del tejido del espacio-tiempo, se quedó perplejo al descubrir que la teoría indicaba que el cosmos debe expandirse o contraerse. Hizo cambios para preservar un universo estático, agregando algo que llamó la "constante cosmológica", a pesar de que no había evidencia de que realmente existiera. Se suponía que esta fuerza misteriosa contrarrestaría la gravedad para mantener todo en su lugar.
El fin del universo: ¿fuego o hielo?
La teoría del Big Bang describe la expansión y evolución del universo desde este estado supercaliente y superdenso inicial. Los científicos teorizaron que la gravedad eventualmente ralentizaría y posiblemente incluso revertiría completamente esta expansión. Si el universo tuviera suficiente materia, la gravedad superaría la expansión y el universo colapsaría en un ardiente "Gran Crujido".
Si no, la expansión nunca terminaría: las galaxias crecerían cada vez más lejos hasta que pasen el borde del universo observable. Nuestros descendientes distantes podrían no tener 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 desvanece gradualmente a 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 está desacelerando 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, los 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 salgas volando de tu 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? Se desconoce más de lo que se sabe, pero los teóricos persiguen un par de posibles explicaciones. La aceleración cósmica podría ser causada por un nuevo componente de energía, 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 que es 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 maneras que otros telescopios no pueden al mapear cómo se estructura y distribuye la materia en todo el cosmos, y también al medir grandes cantidades 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 levantamiento espectroscópico de alta latitud medirá distancias y posiciones precisas de millones de galaxias utilizando una técnica de "regla estándar". Medir cómo la distribución de las galaxias varía 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 pondrá a prueba la teoría de la gravedad de Einstein sobre la edad del universo.
La Encuesta de imágenes de alta latitud 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 aparezcan 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 los planetas y las estrellas, así como la materia oscura, otro misterio cósmico oscuro que solo es visible a través de sus efectos gravitacionales sobre la materia normal. Esta encuesta proporcionará una medición independiente del crecimiento de la estructura a gran escala en el universo y cómo la energía oscura ha afectado el 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, lo que las convierte en las llamadas "velas estándar". Eso significa que los astrónomos pueden determinar qué tan lejos están al ver cuán brillantes se ven desde la Tierra, y cuanto más lejos están, más tenues se ven. Los astrónomos también observarán las longitudes de onda particulares de luz que provienen de las supernovas para descubrir qué tan rápido las estrellas moribundas se alejan de nosotros. Al combinar distancias con mediciones de brillo, los científicos verán cómo la energía oscura ha evolucionado con el tiempo, proporcionando una verificación cruzada con los dos estudios de alta latitud.
"La misión WFIRST es única en la combinación de estos tres métodos. Llevará a una interpretación muy robusta 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, podemos estar destinados a experimentar un "Big Rip". En este escenario, la energía oscura eventualmente se volvería dominante sobre las fuerzas fundamentales, haciendo que todo lo que actualmente está unido (galaxias, planetas, personas) se separe. Explorar la energía oscura nos permitirá investigar, y posiblemente incluso prever, el destino del universo.
Para obtener más información sobre WFIRST, visite: www.nasa.gov/wfirst
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