La energía oscura, ¿constante cosmológica?

Los astrónomos encuentran que la energía oscura puede variar con el tiempo.
Ilustración de la energía oscura. Un estudio que utiliza datos de Chandra, XMM-Newton y Sloan Digital Sky Survey (SDSS) sugiere que la energía oscura puede haber variado a lo largo del tiempo cósmico. La ilustración de este artista ayuda a explicar cómo los astrónomos rastrearon los efectos de la energía oscura hasta aproximadamente mil millones de años después del Big Bang al determinar las distancias a casi 1,600 quásares, con agujeros negros de rápido crecimiento que brillan extremadamente brillantes. Crédito de la ilustración: NASA / CXC / M.Weiss.

• 29 de enero del 2.019.

Los astrónomos han encontrado evidencia de que una fuerza invisible llamada energía oscura, que se cree que es constante, puede fortalecerse con el tiempo. Si se confirma, este resultado podría obligar a los astrónomos a reexaminar su comprensión fundamental de la historia y la estructura del Universo.

Este nuevo estudio utiliza datos de rayos X del Observatorio de rayos X Chandra de la NASA y XMM-Newton de la ESA junto con datos de rayos ultravioleta (UV) del Sloan Digital Sky Survey (SDSS).

Imagen de autor del observatorio de rayos X Chandra de la NASA.
Descubierto por primera vez hace unos 20 años al medir las distancias a las estrellas en explosión llamadas supernovas, la energía oscura es un tipo de fuerza, o energía propuesta, que impregna todo el espacio y hace que la expansión del Universo se acelere. Representa alrededor del 70 por ciento de la composición del Universo. En el "modelo de concordancia", utilizado actualmente en la mayoría de los estudios de la historia y la estructura del Universo, la energía oscura se interpreta como la "constante cosmológica". Eso significa que es energía asociada con el espacio vacío, y es constante a lo largo del espacio y el tiempo.

El quid del último resultado es el desarrollo de un nuevo método para determinar las distancias a los cuásares, los agujeros negros de rápido crecimiento en el Universo distante que resplandecen extremadamente brillantes. Este método, que utiliza datos de aproximadamente 1.600 cuásares, permite a los astrónomos determinar las distancias a los cuásares que están mucho más lejos de la Tierra que las supernovas observadas.

Usando estas distancias de cuásar, Guido Risalti de la Universidad de Florencia en Italia, y Elisabeta Lusso de la Universidad de Durham en el Reino Unido, extendieron los cálculos de la tasa de expansión del Universo a distancias mayores y, por lo tanto, tiempos más tempranos en la evolución del Universo. XMM-Newton reveló los cuásares en los tiempos en que el Universo tenía solo 2.300 millones de años, y Chandra y XMM detectaron los cuásares en edades entre 1.100 y 2.300 millones de  años. (La edad actualmente aceptada del Universo en sí es de 13.800 millones de años).

Imagen de autor del observatorio de rayos X XMM-Newton de la ESA. Crédito: ESA.

Como se informó en el último número de Nature Astronomy, enlace artículo, encontraron una tasa de expansión diferente de las predicciones del modelo de concordancia.

"Observamos los cuásares hasta mil millones de años después del Big Bang, y encontramos que la tasa de expansión del Universo hasta el día de hoy fue más rápida de lo que esperábamos", dijo Risaliti. "Esto podría significar que la energía oscura se está haciendo más fuerte a medida que el cosmos envejece".

La nueva técnica utiliza datos de rayos X y UV de estos cuásares para estimar sus distancias.

En los cuásares, un disco de materia alrededor del agujero negro produce luz UV. Parte de la luz UV choca con los electrones en una nube de gas caliente por encima y por debajo del disco, y estas colisiones pueden aumentar la energía de la luz UV hasta las energías de rayos X. Esta interacción provoca una correlación entre las cantidades de radiación UV y rayos X observadas. La distancia al cuásar depende de esta correlación.

Risaliti y Lusso compilaron datos UV de SDSS y datos de rayos X de Chandra y XMM para 1.598 cuásares para derivar una relación entre los flujos de rayos UV y rayos X y las distancias a los cuásares. Luego utilizaron esta información para estudiar la tasa de expansión del universo hasta tiempos muy tempranos. Ellos encontraron evidencia de que la cantidad de energía oscura está creciendo con el tiempo.

El telescopio Sloan Digital Sky Surevey, SDSS.
"Dado que esta es una nueva técnica, tomamos medidas adicionales para demostrar que este método nos brinda resultados confiables", dijo Lusso. "Demostramos que los resultados de nuestra técnica coinciden con los de las mediciones de supernova en los últimos 9 mil millones de años, lo que nos da confianza de que nuestros resultados son confiables incluso en épocas anteriores".

Los investigadores también tuvieron mucho cuidado en la forma en que se seleccionaron sus cuásares, para minimizar los errores estadísticos y evitar errores sistemáticos que pudieran depender de la distancia de la Tierra al objeto.

Si se confirma, este resultado implicaría que la energía oscura no es la constante cosmológica. También podría ayudar a resolver un desajuste continuo entre la medición de la constante de Hubble, la tasa de expansión del Universo, basada en indicadores locales y la medición basada en el Fondo de Microondas Cósmico (CMB).

Usando observaciones de supernovas, los astrónomos informaron previamente que el Universo parece estar expandiéndose más rápido ahora de lo que se esperaba de su trayectoria vista poco después del Big Bang, cuando se produjo el CMB.

"Algunos científicos sugirieron que podría ser necesaria una nueva física para explicar esta discrepancia, incluida la posibilidad de que la energía oscura esté creciendo en fuerza", dijo Risaliti. "Nuestros nuevos resultados están de acuerdo con esta sugerencia".

Para probar más a fondo estos resultados, Risaliti y Lusso planean utilizar una gran muestra de observaciones de los cuásares de Chandra en un amplio rango de distancias y aplicar esta misma técnica.

Una copia del papel de Risaliti y Lusso está disponible en el arXiv.

El Centro Marshall de Vuelos Espaciales de la NASA en Huntsville, Alabama, administra el programa Chandra para la Dirección de Misiones Científicas de la NASA en Washington. El Smithsonian Astrophysical Observatory en Cambridge, Massachusetts, controla la ciencia y las operaciones de vuelo de Chandra.

Otros materiales sobre los hallazgos están disponibles en:

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Contactos de medios:
Megan Watzke
Centro de rayos X Chandra, Cambridge, Massachusetts.
617-496-7998

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