Observatorio de Cerro Tololo aporta nuevas pistas sobre la expansión del Universo

Por primera vez se unen cuatro métodos para estudiar la energía oscura en un experimento único en su tipo.

La Colaboración del Estudio de Energía Oscura recopiló información de cientos de millones de galaxias revelando mediciones de la expansión del Universo que son dos veces más precisas que los análisis anteriores. La investigación fue posible gracias a un completo análisis que combina por primera vez seis años de datos recolectados por la Cámara de Energía Oscura fabricada por el Departamento de Energía de Estados Unidos (DOE), que se encuentra instalada en el telescopio Víctor M. Blanco de 4 metros de la Fundación Nacional de Ciencias de Estados Unidos en Cerro Tololo (CTIO).

El Cúmulo Bala está formado por dos cúmulos galácticos que están colisionando, uno moviéndose a través del otro, a unos 3.700 millones de años luz de distancia en la constelación de Carina. Estos cúmulos galácticos actúan como lentes gravitacionales, magnificando la luz de las galaxias de fondo. Este fenómeno convierte al Cúmulo Bala en una prueba convincente que respalda la existencia de la materia oscura. Esta imagen fue tomada con la Cámara de Energía Oscura de 570 megapíxeles fabricada por el Departamento de Energía de Estados Unidos (DOE), que se encuentra instalada en el telescopio Víctor M. Blanco de 4 metros de la Fundación Nacional de Ciencias de Estados Unidos en el Observatorio Interamericano de Cerro Tololo (CTIO) un Programa de NOIRLab de NSF. Revisa la imagen ampliable paar explorar este impresionante paisaje galáctico en mayor detalle. Créditos: CTIO/NOIRLab/DOE/NSF/AURA. Image Processing: T.A. Rector (University of Alaska Anchorage/NSF NOIRLab) & M. Zamani (NSF NOIRLab)

El Estudio de Energía Oscura (DES, por sus siglas en inglés) es un esfuerzo internacional y colaborativo para mapear cientos de millones de galaxias, detectar miles de supernovas, y encontrar patrones en la estructura cósmica que ayuden a revelar la naturaleza de la misteriosa materia oscura que está acelerando la expansión de nuestro Universo.

Entre 2013 y 2019, la Colaboración DES realizó un estudio profundo y de amplia cobertura del cielo nocturno utilizando la Cámara de Energía Oscura de 570 megapíxeles (DECam, por sus siglas en inglés), fabricada por DOE, y montada en el Telescopio de 4 metros Víctor M. Blanco de NSF que se encuentra en el Observatorio Interamericano de Cerro Tololo (CTIO) en Chile, un programa de NOIRLab de NSF. Durante 758 noches, en un total de seis años, la Colaboración DES registró información de 669 millones de galaxias que están a miles de millones de años luz de la Tierra, cubriendo una octava parte del cielo nocturno.

Hoy, la Colaboración DES publica los resultados que por primera vez combinan los seis años de datos estudiados de lentes gravitacionales y agrupaciones de galaxias, dos referencias que se utilizan como técnicas para medir la expansión del Universo. La colaboración también presenta los primeros resultados obtenidos al combinar los cuatro métodos de medición de la expansión del Universo: las oscilaciones acústicas de bariones (BAO, por sus siglas en inglés), supernovas de tipo-Ia, cúmulos galácticos, y lentes gravitacionales débiles —tal y como se propuso al inicio del estudio DES, 25 años atrás. El artículo científico, enviado a la revista Physical Review D, representa un resumen de 18 artículos de apoyo.

La astrónoma adjunta de NOIRLab de NSF y miembro de la colaboración DES, Yuanyuan Zhang, expresó que “es una sensación increíble ver estos resultados basados en todos los datos y con los cuatro métodos que DES había propuesto. Esto es algo con lo que sólo me atrevía a soñar cuando DES comenzó a recopilar datos, y ahora el sueño se ha hecho realidad”.

El análisis arroja nuevas restricciones más estrictas que reducen los modelos sobre el posible comportamiento del Universo. Estas restricciones son más del doble de estrictas que las de los análisis anteriores del estudio DES, aunque siguen siendo coherentes con los resultados previos del estudio DES.

Al respecto, el Director Asociado para la Oficina de Física de Altas Energías, en la Oficina de Ciencias de DOE (DOE/SC), Regina Rameika, explicó que “estos resultados del Estudio de Energía Oscura arrojan luz en nuestra comprensión del Universo y su expansión, demostrando que la inversión a largo plazo en investigación, además de la combinación de múltiples tipos de análisis, pueden proporcionar información sobre algunos de los más grandes misterios del Universo”.

La primera pista sobre la existencia de la energía oscura se descubrió hace aproximadamente un siglo, cuando los astrónomos observaron que las galaxias lejanas parecían alejarse de nosotros. De hecho, cuanto más lejos está una galaxia, más rápido se aleja. Esto proporcionó la primera prueba clave de que el Universo se está expandiendo. Pero dado que el Universo está impregnado de gravedad, una fuerza que atrae la materia, los astrónomos esperaban que la expansión se ralentizará con el tiempo.

Entonces, en 1998, dos equipos de cosmólogos trabajando de forma independiente, utilizaron supernovas distantes para descubrir que la expansión del Universo se está acelerando en vez de hacerse más lenta. Para explicar estas observaciones, propusieron un nuevo tipo de fenómeno responsable de impulsar la expansión acelerada del Universo: la energía oscura. Ahora, los astrofísicos creen que la energía oscura constituye alrededor del 70% de la densidad de masa-energía del Universo. Sin embargo, todavía sabemos muy poco sobre ella.

En los años siguientes, los científicos comenzaron a idear experimentos para estudiar la energía oscura, entre ellos el DES. Hoy en día, DES es una colaboración internacional de más de 400 astrofísicos y científicos de 35 instituciones en siete países liderados por el Laboratorio Nacional de Aceleradores Fermi del DOE.

Para obtener los últimos resultados, los científicos mejoraron considerablemente los métodos que utilizan lentes débiles para reconstruir de forma sólida la distribución de la materia en el Universo. Los lentes débiles son la distorsión de la luz proveniente de galaxias distantes debido a la gravedad de materia intermedia como los cúmulos de galaxias. Para ello, midieron la probabilidad de que dos galaxias se encuentren a una determinada distancia y la probabilidad de que también estén distorsionadas de forma similar por el lente débil. Al reconstruir la distribución de la materia a lo largo de seis mil millones de historia cósmica, estas mediciones de lentes débiles y la distribución de las galaxias, indican a los científicos cuánta energía oscura y materia oscura hay en cada momento.

En este análisis, DES comparó dos modelos del Universo con sus datos. Existe el actualmente aceptado modelo estándar de cosmología — el modelo Lambda de materia oscura fría (ΛCDM)— en el cual la densidad de la energía oscura es constante. Pero también existe un modelo ampliado —wCDM—, en el que la densidad de la energía oscura evoluciona con el tiempo.

DES descubrió que sus datos coincidían en su mayor parte con el modelo estándar de cosmología. Sus datos también encajan con el modelo de energía oscura en evolución, pero no mejor que con el modelo estándar.

Sin embargo, aún hay un parámetro que no cuadra. Basándose en mediciones del Universo primitivo, tanto el modelo estándar como el modelo evolutivo de la energía oscura, predicen cómo se agrupa la materia en el Universo en épocas posteriores. En análisis previos, se descubrió que los cúmulos galácticos eran diferentes a lo previsto. Cuando DES incluyó los datos más recientes, esa diferencia se amplió, pero no hasta el punto de afirmar con certeza que el modelo estándar de cosmología es incorrecto. La diferencia persistió incluso cuando DES combinó sus datos con los de otros experimentos.

A continuación, DES combinará este trabajo con las restricciones más recientes de otros experimentos sobre la energía oscura para investigar modelos alternativos de gravedad y energía oscura. Este análisis es también importante porque allana el camino para el nuevo Observatorio Vera C. Rubin de NSF-DOE, financiado por NSF y DOE/SC, y operado de manera conjunta por NOIRLab de NSF y SLAC, el que recopilará datos complementarios durante los diez años de la Investigación del Espacio-Tiempo como Legado para la posteridad (LSST). Se trata de un profundo y amplio estudio que catalogará alrededor de 20 mil millones de galaxias en todo el cielo del hemisferio sur. Los datos se pueden combinar con los de estudios como el DES para permitir mediciones de alta precisión de parámetros cosmológicos que perfeccionarán aún más nuestra comprensión de la energía oscura y la expansión del Universo.

“DES ha sido transformador y el Observatorio Vera C. Rubin de NSF-DOE nos llevará aún más lejos. El estudio sin precedentes del cielo austral que realizará Rubin, permitirá realizar nuevas pruebas de la gravedad y conocer más información sobre la energía oscura”, expresó el Director de Programa para NOIRLab de NSF, Chris Davis.

Más Información

Esta investigación se presentó en un artículo de investigación titulado “Dark Energy Survey Year 6 Results: Cosmological Constraints from Galaxy Clustering and Weak Lensing”, enviado a Physical Review D y publicado en arXiv.

Estos resultados son presentados por la Colaboración DES

NOIRLab de NSF, el centro de la Fundación Nacional de Ciencias de Estados Unidos para la astronomía óptica-infrarroja terrestre, opera el Observatorio Internacional Gemini (una instalación de NSF, NRC-Canadá, ANID-Chile, MCTIC-Brasil, MINCyT-Argentina, y KASI-República de Corea), el Observatorio Nacional Kitt Peak de NSF (KPNO), el Observatorio Interamericano Cerro Tololo de NSF (CTIO), el Centro de Datos para la Comunidad Científica (CSDC), y el Observatorio Vera C. Rubin de NSF-DOE (en cooperación con el Laboratorio Nacional del Acelerador SLAC del DOE). Es administrado por la Asociación de Universidades para la Investigación en Astronomía (AURA) en virtud de un acuerdo de cooperación con NSF y tiene su sede central en Tucson, Arizona.

La comunidad científica está honrada por tener la oportunidad de realizar investigaciones astronómicas en I’oligam Du’ag (Kitt Peak) en Arizona, en Maunakea en Hawaiʻi, y en Cerro Tololo y Cerro Pachón, en Chile. Reconocemos y apreciamos el importante rol cultural y el valor que I’oligam Du’ag tiene para la Nación Tohono O'odham, y el que Maunakea tiene para la comunidad Kanaka Maoli (hawaianos nativos).

Este trabajo cuenta con el apoyo en parte de la Oficina de ciencia del Departamento de Energía de Estados Unidos. El Estudio de Energía Oscura es una colaboración de más de 400 científicos de 26 instituciones en siete países. El financiamiento de los proyectos DES ha sido proporcionada por la Oficina de ciencia del Departamento de Energía de Estados Unidos, la Fundación Nacional de Ciencia de Estados Unidos, El Ministerio de Ciencia y Educación de España, el Consejo de Instalaciones Científicas y Tecnológicas del Reino Unido, el Consejo de Financiamiento de la Educación Superior de Inglaterra, la ETH Zurich de Suiza, el Centro Nacional de Aplicaciones de Supercomputadoras de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, el Instituto de Cosmología y Física de AstroPartículas de la Universidad Estatal de Ohio, el Instotuto Mitchell para Física Fundamental y Astronomy en la Universidad de Texas A&M, la Financiadora de Estudios y Proyectos, Fundación Carlos Chagas Filho de Amparo à Pesquisa del Estado de Río de Janeiro, el Consejo Nacional de Desenvolvimiento Científico y Tecnológico, y el Ministerio de Ciencia y Tecnología de Brasil, Deutsche Forschungsgemeinschaft, y las Instituciones colaboradoras en el Estudio de Energía Oscura.

NCSA en la Universdad de Illinois en Urbana Champaign proporciona supercomputación y recursos digitales avanzados para la empresa científica nacional de Estados Unidos. En el NCSA, el profesorado, el personal, los estudiantes y los colaboradores de la Universidad de Illinois de todo el mundo utilizan recursos digitales avanzados para abordar los grandes retos de la investigación en beneficio de la ciencia y la sociedad. NCSA lleva más de 30 años impulsando a un tercio de las empresas de la lista Fortune 50® al reunir la industria, investigadores y estudiantes para resolver grandes retos a gran velocidad y escala.

Fermilab es el principal laboratorio nacional de Estados Unidos dedicado a la física de partículas y a la investigación con aceleradores. Fermilab, un laboratorio de la Oficina de Ciencia del Departamento de energía de los Estados Unidos, está situado cerca de Chicago, Illinois, y es operado bajo un contrato por Fermi Research Alliance LLC, una asociación conjunta entre la Universidad de Chicago y la Asociación de Universidades para la Investigación, Inc. 

La Oficina de Ciencia de DOE es el mayor patrocinador de la investigación básica en ciencias físicas de los Estados Unidos y trabaja para abordar algunos de los retos más acuciantes de nuestro tiempo.

Este comunicado de prensa fue traducido por Manuel Paredes

Enlaces

• Lee el artículo científico: Dark Energy Survey Year 6 Results: Cosmological Constraints from Galaxy Clustering and Weak Lensing
• Comunicado de Prensa de Fermilab
• Estudio de Energía oscura

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Publicado en NOIRLab el 22 de enero del 2026, enlace publicación.