Confirmada la existencia de energía oscura

Uno de los hallazgos más importantes de la Astrofísica a finales del milenio pasado fue el descubrimiento de que el Universo se expandía más rápidamente de lo que se esperaba por su propia gravedad. Este resultado se consiguió a partir de estudios de explosiones de supernova del tipo Ia a distancias cosmológicas, que sirven de patrón porque siempre tienen la misma luminosidad en su máximo. Para explicar este hecho, los cosmólogos tuvieron que introducir el concepto de energía oscura, que es algo que se opone completamente a la fuerza de la gravedad y que está estirando el espacio. Durante la década pasada, y gracias a la unión de muchas observaciones independientes usando desde telescopios ópticos a satélites artificiales que observan en frecuencias de radio, los astrofísicos llegaron a concretar que la composición de nuestro Universo parece ser un 4% de materia bariónica (protones, electrones, neutrones, las partículas de las que estamos constituidos nosotros, los planetas y las estrellas), un 23% de materia oscura (que no sabemos exactamente lo que es porque “no la vemos”, pero de la que medimos sus efectos sobre la materia bariónica en escalas de galaxias y cúmulos de galaxias), estando el resto, un enorme 73%, constituido por esa esquiva “energía oscura”.

La existencia tanto de la materia oscura como la energía oscura entran dentro de las teorías cosmológicas actualmente aceptadas sobre la formación y evolución del Universo (modelos de formación jerarquizados con materia oscura fría y constante cosmológica, ΔCDM). Y vamos recogiendo más pruebas y pruebas de que, por el momento, esta teoría es la que mejor reproduce las observaciones del Universo profundo.

El cartografiado WiggleZ

¿Pero existe realmente la energía oscura? Para hallar la respuesta a esta pregunta se necesitaban métodos alternativos para medir no sólo las distancias a las galaxias más lejanas sino su distribución dentro de los cúmulos de galaxias y la estructura a gran escala del Universo. Así, un grupo de astrofísicos australianos decidieron en 2005 reunir datos profundos de más de 200 000 galaxias, hasta una distancia de unos 8.000 millones de años luz, para ello.8000 millones de años luz de distancia (edad del Universo de 5700 millones de años) corresponden a un redshift (desplazamiento al rojo, z) de 1 aproximadamente. Como z se define como velocidad a la que vemos se aleja una galaxia con respecto a la velocidad de la luz (z=v/c), un redshift de 1 indica que las galaxias a esa distancia parece que se alejan de nosotros a la velocidad de la luz, como consecuencia de la expansión del Universo. A este cartografiado se le bautizó como WiggleZ, y ha usado 276 noches de observación en el Telescopio Anglo-Australiano (AAT, de 3.9m de tamaño) entre 2006 y 2011 para conseguir los espectros de 238 770 galaxias sobre un área concreta del cielo.

Para ello, se usó el instrumento 2dF/AAOmega, que posee 400 fibras ópticas configurables sobre un campo de 2 grados cuadrados de diámetro. Con este dispositivo, se pudieron observar simultáneamente unas 360 galaxias cada hora. Las galaxias se seleccionaron usando datos ópticos y datos el ultravioleta del satélite GALEX, para de esa forma asegurarse que las galaxias observadas tenían cierta formación estelar, siendo así (gracias a la identificación de las líneas de emisión del gas nebular, como Hα, [O III] λ5007 o [O II]λ3727) más fácil estimar la distancia real a cada objeto. El objetivo final del cartografiado WiggleZ es, en efecto, demostrar la existencia de la energía oscura mediante mediciones precisas de cómo se menea, contenea o curva (=Wiggle, en inglés) el Universo. Por supuesto, la ingente cantidad de datos obtenida con este cartografiado va a servir para muchas cosas más, como poner límites a la masa del neutrino, probar modelos de gravedad modificada, u observar galaxias starburst muy lejanas. En efecto, con todos esos espectros se ha elaborado una base de datos que consta de casi 200 000 galaxias con medidas útiles de distancia.

WiggleZ ha sido coordinado por los profesores Warrick Couch (Swinburne University of Technology, Melbourne) y Michael Drinkwater (University of Queensland). El análisis de los resultados ha sido coordinado por Chris Blake (Swinburne), mientras que las operaciones en el AAT se dirigían por el mismísimo director del Australian Astronomical Observatory, el profesor Matthew Colless (AAO, Sydney).

¿Cómo se distribuyen las galaxias? Oscilaciones Acústicas de Bariones

La energía oscura se descubrió a finales del milenio pasado al encontrarse que el Universo se expandía más rápidamente de lo que se esperaba por su propia gravedad. Fueron las medidas a supernovas (del tipo Ia) a distancias cosmológicas, que sirven de unidades patrón al tener siempre la misma luminosidad en su máximo (aunque esto puede no ser completamente cierto al existir una dependencia entre el brillo de las supernovas y el contenido en metales de la estrella que explota. ), las que dieron la voz de alarma sobre la extraña expansión del Universo e introdujeron el concepto de energía oscura para explicar este fenómeno: algo que se opone completamente a la fuerza de la gravedad está estirando el espacio.

Uno de los métodos más fiables para probar la existencia de la energía oscura está basado en cómo se distribuyen las galaxias en el espacio. Las parejas de galaxias tienen cierta preferencia a encontrarse separadas por una distancia en concreto. Esta distancia preferencial es consecuencia por ondas de presión (ondas sonoras) en el universo temprano (pocos cientos de miles de años de edad) y caliente. Al irse expandiendo el espacio, estas ondas acústicas se quedaron congeladas en la estructura a gran escala del Univeso, haciendo que existiesen zonas más densas de materia (más galaxias) y zonas menos densas (pocas galaxias). Esto lo observamos en la radiación cósmica de fondo, que muestra claramente cómo la materia tiende a agruparse a distancias concretas. Pero al expandirse el Universo estas estructuras se expanden con él, creando unas Oscilaciones Acústicas de Bariones (Baryon Acoustic Oscillations en inglés). Lo que los científicos de WiggleZ han hecho es medir esta distancia cuando el Universo tenía unos 8000 millones de años de edad (ahora tiene 13700 millones de años de edad). Los resultados obtenidos están muy de acuerdo con los modelos cosmológicos que incorporan un 73% de energía oscura con un 27% de materia (4% bariónica, el resto materia oscura).

Esta investigación está publicada en el siguiente artículo científico:

The WiggleZ Dark Energy Survey: testing the cosmological model with baryon acoustic oscillations at z = 0.6.Chris Blake, Tamara Davis, Gregory B. Poole et al [26 authors]. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

El crecimiento de los cúmulos y los supercúmulos

El segundo método que WiggleZ ha explorado de forma independiente para caracterizar la energía oscura es medir el ritmo de crecimiento de los cúmulos y los supercúmulos de galaxias. En principio, ambos tipos de super estructuras se formarían por acción de la gravedad que sienten entre sí todas las galaxias que los integran. Sin embargo, como la energía oscura juega en contra de la gravedad, afectaría enormemente al ritmo de crecimiento de los cúmulos y supercúmulos, ralentizando su formación.

En realidad, la distancia que se determina a las galaxias por el análisis de los espectros, en el que se mide el desplazamiento Doppler de las líneas espectrales, no es únicamente consecuencia de la expansión del Universo, sino que también tiene una parte (pequeña) que viene del movimiento propio de la galaxia dentro del cúmulo o supercúmulo en el que se encuentre. Una vez establecida la verdadera distancia a un cúmulo, es posible diferenciar, para cada galaxia, ambas componentes. Con ello, se puede determinar el ritmo de crecimiento de los cúmulos y supercúmulo. Lo que el equipo de WiggleZ ha hecho en este caso es tomar 4 momentos en la evolución del Universo entre el momento actual hasta cuando el Universo tenía unos 6500 millones de años de edad. Y, de nuevo, los mejores modelos cosmológicos que reproducen las observaciones (recordamos: de cerca de 200 000 galaxias) son aquellos que tienen en cuenta la energía oscura en las proporciones antes indicadas.

Esta investigación está publicada en el siguiente artículo científico:

The WiggleZ Dark Energy Survey: the growth rate of cosmic structure since redshift z = 0.9. Chris Blake, Sarah Brough, Matthew Colless et al [25 authors]. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

En resumen

El cartografiado WiggleZ, liderado completamente por astrofísicos australianos, y en el que se ha medido la distancia a más de 200 000 galaxias usando la cámara 2dF/AAOmega en el Telescopio Anglo-Australiano (AAT), ha podido demostrar de dos formas completamente independientes que la energía oscura realmente existe, y que los modelos cosmológicos actualmente aceptados sobre formación jerarquizada de galaxias con materia oscura fría y constante cosmológica son los que mejor reproducen las observaciones actuales. Hay que insistir que el instrumento protagonista que ha servido para llegar a estas conclusiones es 2dF/AAOmega, dado que ha proporcionado los espectros ópticos los que han permitido calcular la distancia y la distribución de las galaxias observadas.

Más información:

Australian Astronomical Observatory

Images for “Dark Energy is real”

Swinburne University

Dark energy is real (Swinburne University)

Satélite GALEX (NASA)

NASA’s Galaxy Evolution Explorer Helps Confirm Nature of Dark Energy (Caltech)

NASA Telescope Helps Confirm Nature of Dark Energy

Texto adaptado del artículo “La energía oscura existe”, del blog “El Lobo Rayado”.


23 Comentarios

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Elrohir

No soy muy ágil con ángulos sólidos, pero donde dices “2 grados cuadrados de diámetro” no entiendo el uso del término diámetro. Pensando que un ángulo sólido es a los grados lo que un área a los metros, no entiendo si quieres decir “un angulo sólido cónico de 2 grados de diámetro” o bien “un ángulo sólido cónico de dos grados cuadrados de área” o bien es que yo no he entendido para nada el enunciado :S

angelrls, El Lobo Rayado

Elrohir, el instrumento 2dF es un robot de fibras ópticas en el Telescopio Anglo-Australiano que, como digo en el artículo, puede configurar 400 fibras dentro de un área del cielo que tiene un diámetro angular de 2º. En efecto, decir “dos grados cuadrados de diámetro” no es correcto, es sólo “dos grados cuadrados de diámetro” (en la entrada de mi blog lo tengo bien… sí, lo escribí mal aquí, ¿alguien puede corregirlo? gracias).

Por ampliar esto, lo que significa es que una vez centrado el campo, dentro de un círculo de radio 1º, puedes distribuir esas fibras como tú quieras. Para hacernos una idea, el tamaño de la Luna llena o el Sol en el cielo es de unos 30 minutos de arco, esto es, medio grado. Para rellenar el campo que observa 2dF con “lunas” necesitaríamos 16 de ellas, distribuidas en la forma 4×4. Si quieres saber más de este instrumento y ver cómo se colocan las fibras sobre la placa que va en el plano focal del telescopio (que equivale a un círculo de 2º de diámetro en el cielo), te recomiendo le eches un ojeo al “documental improvisado” que subí hace un par de meses,

http://angelrls.blogalia.com/historias/69528

¡Saludos desde el mismísimo Telescopio Anglo-Australiano! (pero no usando 2dF hoy).

sargentopezsargentopez

No entiendo muy bien las denominanciones de materia o energía oscura. ¿en que nos basamos para achacar la misteriosa atracción con materia y la misteriosa repulsión con energía? ¿y si hay materia repulsiva y energía de atracción? ¿No sería más correcto hablar de fuerzas de atracción y repulsión que actuan a diversas escalas?

angelrls, El Lobo Rayado

sargentopez, son sólo “términos” que introducimos a lo que NO sabemos qué es. La materia oscura es “algo que no vemos” pero que ejerce una acción gravitatoria importante sobre el movimiento de las galaxias, cúmulos de galaxias e incluso el Universo. Como la única fuerza es la atracción gravitatoria, se bautizó como “masa” o “materia” oscura, ¡pero no sabemos lo que es o si de verdad existe! Hay algunas teorías físicas que sostienen, por ejemplo, que la fuerza de la gravedad a grandes distancias / masas NO funciona de igual forma a como sucede con las estrellas y planetas, a esta teoría se la llama MOND “Modified Newtonian Dynamics”, algo explica la wikipedia:

http://en.wikipedia.org/wiki/Modifie...an_dynamics

pero un día debería hablar detenidamente de eso.

Lo mismo sucede con la “Energía Oscura”. Se encontró que “algo” está expandiendo el espacio, y a esa “cosa” se la llama energía oscura porque está ejerciendo una especie de “presión negativa” en contra de la fuerza gravitatoria. Lo que este estudio de muestra, de forma independiente, es que esa “cosa que se opone a la gravedad y que está expandiendo el espacio de forma acelerada” (=energía oscura para abreviar) existe, al menos teniendo en cuenta los modelos cosmológicos actualmente aceptados.

¡Saludos desde el AAT entre las nubes (leche, cuando comencé a escribir el comentario anterior no estaba tan mal…)!

sargentopezsargentopez

Eso quería decir, que denominar una cosa como materia y otra como energía implica pensar que deben ser necesariamente dos asuntos distintos. Cosa que no puede probarse.

angelrls, El Lobo Rayado

Gracias :-) Pero como alguien me escriba a la dirección de hotmail que espere sentado, que apenas la uso ya… ¿no se puede asociar a otra, como a la del Lobo Rayado en gmail?

drameydramey

Pregunta tonta…cómo se transmiten ondas acústicas en el espacio? A edades tempranas (p. ej. en los tiempos del fondo cósmico de microondas) puedo entender que el universo no estuviese en su mayor parte vacío…pero más tarde las distancias serán enormes como para que la transmisión de ondas de presión sea muy complicada.

angelrls, El Lobo Rayado

dramey, no hay preguntas tontas. Se llaman “ondas acústicas”, en efecto, lo que se equipara a las ondas de sonido “materiales” (en el aire, líquido o sólido, pero no en el espacio) originadas por cambios de presión. Lo que ocurre es que estas “ondas acústicas de bariones” (ondas de presión) se originaron poco después del Big Bang, en la bola densa y caliente que era el Universo por entonces, cuando la materia y la radiación estaban acopladas. Estas ondas acústicas se pudieron mover a través del material caliente y opaco del Universo joven, y surgieron por la competencia entre la fuerza gravitatoria y la presión del gas en el plasma primordial. Las oscilaciones acústicas de bariones dejaron “huella” al ir evolucionando el Universo, obviamente una vez éste se enfrió y la radiación se podía mover libremente sin estar acoplada con la materia (=después de la Recombinación, que es lo que vemos en la radiación cósmica de fondo, de hecho, ahí también se estudian estas observacionses acústicas), las ondas acústicas de bariones cesaron. Pero la estructura que habían creado hasta entonces (parte la vemos en la radiación cósmica de fondo) se quedó “marcada” en el Universo, evolucionando con él al expandirse el espacio. Eso es precisamente lo que se ha medido en este estudio, la evolución con el tiempo cosmológico de esas “oscilaciones acústicas de bariones” que quedaron fijadas al principio del tiempo.

Sí, puede ser un poco espeso… ¡pero eso es la Cosmología!

omorenomalaveromorenomalaver

ya comprobada la teoría de la energía oscura, ¿hacia adonde se dirigen las investigaciones sobre este tema? ¿propiedades físicas?

ilvidelilvidel

No es por ser puntilloso, pero creo que la edad del universo está entorno a los 13700 millones de años, no 5700 como pone en el texto.
Corregidme si me equivoco.

CalibánCalibán

Lo que dice el texto es que decidieron observar galaxias que están hasta una distancia de 8000 años luz. Es decir, observadas en el estado en el que se encontraban cuando el universo tenía 5700 años de antigüedad.

8000+5700= 13700 años.

Si es que no lo he entendido mal.

kvykvy

Emmm lo que quiere decir es que como las observaciones se hicieron para distancias de 8000 millones de años luz , lo que estamos viendo tiene una edad de 5700 millones de años de antiguedad. Si sumas 8000 + 5700 tienes tus 13.700 millone de años de antiguedad total.

ilvidelilvidel

Ah, sorry, no había entendido bien el tema. Gracias por aclararmelo.

PablerPabler

No sé si vosotros estáis muy locos o yo soy muy tonto, pero joder, me siento un completo ignorante cuando leo estos artículos….

enhorabuena por ellos btw.

KenshinKenshin

Yo tengo otra pregunta tonta; Ahora que se conoce la existencia de esta energia oscura ¿que aplicaciones se les puede dar?… basicamente… ¿sirve para algo?. Me refiero, este descubrimiento que influencia tendra en la tecnologia practica. Servira para impulsar naves estelares, solucionar los problemas energeticos de la humanidad o destruir a la humanidad de una vez por todas ¿o que otros posibles usos le podemos dar?…

¿O todavia no estamos tan avanzados como para empezar a discutir estas cuestiones?.

Carlos Reyes

Sirve para tener una mejor comprensiòn de lo que es el universo, sirv e para poder calcular el destino final del universo, si èste seguirà expandiendose indefinidamente o si por el contrario, luego de una pausa en su expansiòn se encogerà (Big Crounch). Si el universo se sigue expandiendo indefinidamente hay varias teorìas que postulan como podrìa ser el final de èste, entre ellas se dice que los bariones (protones, electrones y neutrones), componentes de toda la materia conocida, no podràn mantenerse unidos, rompiendose de paso las fuerzas nuclear fuerte y la electrodebil, lo cual harà imposible la existencia de materia.

ElízabethElízabeth

Solo soy una aficionada que tiene curiosidad por saber si las teorías de la materia oscura y la energía oscura ¿no presentan ninguna contradicción con la de la super gravedad?

Oscuridad mentalOscuridad mental

Lo que se ha demostrado es que el efecto que llamamos energía oscura existía desde los comienzos del universo.

VerdadesVerdades

Ojalá sea cierto pero también hay cálculos que dicen lo contrario y demuestran contradicciones en ciertas colisiones de galaxias.

Alfonso MéndezAlfonso Méndez

El problema es que la gravedad se considera siempre atractiva, pero la energía oscura nos dice con los cálculos realizados que no es cierto. La energía que se produce hace que el Universo se expanda de forma casi inflacionaria, pero sólo hay que cambiar la referencia para ver que no es así. La gravedad no sólo es compensada, si no desbordada por la energía oscura. Nada de lo que hemos considerado nos explica porqué el Universo se sigue expandiendo. Es sólo porque lo vemos desde nuestra referencia, no desde el total. ¿Hay más galaxias acercándose a notros o alejándose? Más alejándose. Y la gravedad debería de hacer que esto no fuera así, no obstante lo es y a pesar de todo, nosotros no sólo nos alejamos, sino que nos acercamos a Andrómema y nos fusionaremos con ella, ¿Cuál es nuestro destino? Nadie puede explicarlo aún. Aún fusionándonos con Andrómeda, sólo lo apreciaríamos por la interacción gravitacional. Porque en nuestras galaxias la materia observable es mínima, y es casi probable que no lo apreciáramos. Pero seguro que las fuerzas que no consideramos habría que verlo.

Javier

Una de las cosas mas chocantes en todo esto, es la presencia de energia “oscura”, en el espacio creado , “porquesi”.

Hace poco lei el libro titulado: “LA realidad oculta”, de Brian Greene.

La exposicion de la teoria inflaccionaria, es monstruosamente chocante con el sentido cientifico de hace apenas 40 años.

A veces tengo al sensacion de que en la ciencia de despues de 1990, la gente ha perdido la razon.

Espacio que se crea, “de la nada”.
Cuerdas, que lo hacen todo, pero que estan hechas de “nada”.
Espacio, creado de “la nada”, que aparece con “energia oscura”, que hace separar el “actual espacio” y aparecer “nuevo espacio”.

etc. etc. etc.

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