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Una pregunta que podría responderse muy pronto.

Autor de la traducción: Manuel Hermán Capitán



Hace casi una década, los astrónomos descubrieron la sorprendente existencia de la energía oscura, una misteriosa fuerza que empujaba a las galaxias a separarse y aceleraba la expansión del universo. También conocida como la densidad de energía del vacío, la energía oscura es una propiedad del espacio en sí mismo. Los científicos tienen muchas preguntas sobre la naturaleza de la energía oscura. Una pregunta que pronto puede responderse sería: ¿Es constante la densidad de energía del vacío a lo largo del tiempo cósmico?.

Los teóricos Stuart B. Wyithe (Universidad de Melbourne) y Avi Loeb (Centro Harvard-Smithsoniano para Astrofísica) sugieren responder a esta pregunta estudiando la distribución de los cúmulos distantes de hidrógeno, los cuales arrojarán pistas sobre la historia de la energía oscura.

“La expectativa más simple es que la densidad de energía del vació es estable a lo largo del tiempo (una “constante cosmológica”), pero necesitamos comprobarlo. Podríamos sorprendernos con la respuesta”, dijo Loeb.

La energía oscura hizo su primera aparición en la Teoría de la Relatividad General de Einstein. Einstein creía que el universo era estático por lo que insertó una fuerza repulsiva constante en sus ecuaciones para contrarrestar el inexorable tirón de la gravedad de todas las galaxias. Cuando Edwin Hubble halló que el universo se expandía, Einstein descartó la constante cosmológica y se rumoreó que la llamó su “mayor error”.

En 1998, dos equipos de astrónomos descubrieron que el universo se aceleraba, no frenaba bajo el tirón de la gravedad. Resucitaron la constante cosmológica de Einstein en forma de energía oscura. Aunque la energía oscura claramente existe y sus efectos son visibles a los astrónomos, nadie sabe qué la causa o si es realmente constante con el tiempo. “El origen de la energía oscura es el mayor problema sin resolver de la astrofísica”, dijo Wyithe.

Para estudiar el comportamiento pasado de la energía oscura, los astrónomos deben observar a las regiones distantes del universo, a una región cuya luz necesita miles de millones de años para llegar hasta la Tierra. A tales grandes distancias, las galaxias aisladas y supernovas, los indicadores usados para estudiar la energía oscura en nuestra vecindad, se hacen casi invisibles. Se necesitan otros indicadores.

Wyithe y Loeb proponen estudiar las emisiones de radio del hidrógeno neutro, cuya longitud de onda se estrecha desde un valor inicial de 21 centímetros debido a la expansión del universo (un proceso llamado desplazamiento al rojo).

Después de que el universo fuese re-ionizado por las primeras galaxias (en algún momento del primer millón de años), una pequeña fracción de hidrógeno permaneció neutro, sobreviviendo en densas bolsas. Los astrónomos no se habían percatado antes de este trabajo, que las señales de 21 cm del hidrógeno restante podrían ser detectables.

Wyithe y Loeb demostraron que, de hecho, los próximos observatorios serán capaces de detectar señales de 21 cm del distantes y joven universo, incluso aunque haya sido ionizado en gran parte. Además, aunque la fuerza de la señal decrece tras la ionización, el ruido también decrece. En principio, la señal de 21 cm del hidrógeno neutro puede medirse desde la época actual hasta un desplazamiento al rojo de z = 15, cuando el universo tenía sólo 200 millones de años.

“No existe otra técnica viable para estudiar la energía oscura en grandes desplazamientos al rojo”, afirmó Loeb.





En los primeros momentos del universo, pequeñas fluctuaciones en la densidad de energía y presión provocaron oscilaciones, enviando ondas de sonido que se expandieron a lo largo del espacio como olas en un estanque. El tamaño hoy de la última “ola” es de unos 500 millones de años luz de diámetro. Estas ondas de sonido universales están influidas por la estructura a gran escala en la distribución de las galaxias, y efectivamente, su señal fue detectada en recientes estudios de galaxias en desplazamiento al rojo bajos.

El gas de hidrógeno neutro debería mostrar los mismos patrones de distribución que las galaxias debido a las oscilaciones acústicas primordiales. Estudiando la distribución del hidrógeno a gran escala en el universo joven, los astrónomos pueden aprender cómo la energía oscura influyó en el crecimiento de la estructura en ese crucial primer mil millón de años.

Teóricamente, los instrumentos en construcción como el Conjunto de Campo Amplio Murchison (anteriormente Mileura) (MWA) y sus extensiones futuras, podrían detectar las señales de 21 cm del hidrógeno en los primeros 1 a 4 mil millones de años de la historia del universo, correspondientes a desplazamientos al rojo entre 1,5 y 6.

“El amplio rango de desplazamientos al rojo que podemos alcanzar es importante debido a que podemos recuperar la señal a pesar de que se reionizó el universo”, explicó Wyithe.

Dos artículos en revistas describiendo la investigación de Wyithe y Loeb están disponibles on-line aquí y aquí, (el último tiene como coautor a Paul Geil de la Universidad de Melbourne).

Con su sede principal en Cambridge, Massachussets , el Centro Harvard-Smithsoniano para Astrofísica (CfA) es una colaboración conjunta entre el Observatorio Astrofísico Smithsoniano y el Observatorio e la Universidad de Harvard. Los científicos del CfA, se organizaron en seis divisiones de investigación, estudiando el origen, evolución y destino final del universo.



Crédito de la imagen: NASA


Traducido y editado por el equipo de Astroseti.
Colaboradores:
- Manuel Hermán Capitán
- Xavier Civit