Determinan con más precisión qué es la Energía Oscura

Usaron como herramienta las explosiones más potentes del cosmos

● Astrofísicos de México e Italia descubren una importante manera de medir distancias cósmicas con los Estallidos de Rayos Gamma largos, las explosiones más potentes del cosmos.

● Sus resultados contribuyen a la demostración de la existencia de energía oscura, extraño componente “antigravitatorio” que domina en el universo, y que parece ser la constante cosmológica de Einstein.

● Con esta suerte de “regla de distancias cósmicas” se puede inferir la historia de la expansión del universo.

Uno de los retos más desafiantes de la astrofísica es entender qué es la energía oscura, fuerza a la que se le atribuye la expansión acelerada del Universo que los astrónomos han descubierto recientemente. Gran parte de los grandes telescopios del futuro, tanto en tierra como en el espacio, tienen como una de sus principales misiones encontrar evidencias y explicar qué es esta extraña energía. Entre tras, esa sería una de las misiones del proyecto SPM-Twin (Telescopios Gemelos del Observatorio Astronómico Nacional en San Pedro Mártir, BC., a cargo de la UNAM), una muestra de que la ciencia universitaria busca estar siempre a la vanguardia mundial.

Mientras tanto los astrofísicos intentan idear métodos alternativos para aprender más sobre lo que ya se denomina como el misterio del milenio, la energía oscura. Es el caso de Vladimir Avila-Reese, investigador del Instituto de Astronomía de la UNAM y sus colegas del Observatorio Astronómico de Brera en Italia: Claudio Firmani, Gabriele Ghisellini y Giancarlo Ghirlanda, el primero jubilado de la UNAM y astrónomo emérito de dicho Observatorio. Ellos han introducido la posibilidad de usar los Destellos o Estallidos de Rayos Gamma (ERGs) largos como “faros cósmicos” que permiten medir las escalas de distancia del universo en el pasado muy remoto. Los “faros” por excelencia para estos estudios, y con los que se descubrió la expansión acelerada del universo, han sido las supernovas de tipo Ia. Sin embargo, los ERGs son explosiones mucho más colosales que las supernovas, por lo que podemos registrarlos a distancias mayores, lo que significa también de épocas cercanas al origen del Universo.

A la caza de Estallidos de Rayos Gamma “útiles”

“El reto de los ERGs -explica el Dr. Avila-Reese- es que no son objetos de una misma luminosidad, es decir no son fuentes de luz tan comunes que puedan servir directamente para medir distancias cósmicas. Sin embargo, nuestro grupo descubrió que algunas propiedades observadas de los ERGs están muy relacionadas con su luminosidad, lo cual permite inferir la luminosidad intrínseca de ciertos ERGs a partir de las observaciones, convirtiéndolos en fuentes de luz o “candelas estándar”. La primera relación, descubierta por los colegas italianos de Avila-Reese, requiere no sólo de las observaciones en rayos gamma captadas desde satélites, puesto que esos rayos son bloqueados por nuestra atmósfera, sino que también de observaciones en tierra en el espectro de luz visible e infrarrojo por varias noches para cada ERG, lo cual complica la adquisición de los datos. A este punto Avila-Reese dice: “Aún así, nosotros y posteriormente otros grupos, logramos recopilar una muestra de 15 ERGs útiles para reconstruir la historia de expansión del Universo”. Los resultados fueron publicados en varios artículos en las principales revistas de astronomía que provocaron polémica.

Fig. 2: Mientras la estrella masiva “muere” su núcleo colapsa en un agujero negro. Si estos núcleos giran muy rápido, alrededor del agujero negro se formará un disco que rota. Este disco se calienta tanto mientras es succionado por el agujero negro que produce la eyección de chorros a velocidades cercanas a la de la luz. El material en los chorros choca consigo mismo y se calienta, irradiando ingentes cantidades de enérgicos rayos gamma. En algunos segundos o minutos se libera tanta energía equivalente a trillones de soles juntos (cortesía de NASA y NRAO/AUI & Dana Berry, SkyWorks Digital)
El grupo de Avila-Reese contraatacó en un artículo publicado en Julio del presente año en la prestigiosa revista internacional Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (Noticias mensuales del la Real Sociedad Astronómica, del Reino Unido). Ahí reportaron el descubrimiento de una nueva correlación para los ERGs pero, a diferencia de la previa, en este caso la correlación implica propiedades relacionadas sólo a la emisión en rayos gamma. Para establecerla no es necesario hacer observaciones complementarias con telescopio en el espectro de luz visible e infrarrojo. “La correlación en sí implica aspectos fundamentales de la compleja física del fenómeno de producción y emisión de los rayos gamma en los chorros que salen del disco alrededor de un agujero negro, y su interpretación ayudará a entender mejor lo que son los ERG largos” -comenta Avila-Reese. Pero más allá de la interpretación de la correlación descubierta, se la usó de inmediato para trazar la historia de expansión del universo hasta una época récord en este tipo de estudios: la décima parte de la edad actual del Universo, que es de 13,700 millones de años. La muestra de objetos útiles crecerá rápido pues sólo se requieren las observaciones en rayos gamma y el corrimiento el rojo, información que actualmente está recabando el satélite ítalo-estadounidense Swift.

¿Qué es la energía oscura?

En una carta de la edición de octubre de la revista de la Real Sociedad Astronómica, el grupo de Avila-Reese combinó sus resultados con la información previa de una centena de supernovas tipo Ia que se observaron hasta épocas correspondientes a un tercio de la edad actual del Universo. Así, los investigadores obtuvieron un diagrama completo del cambio de distancias en el Universo, desde hoy 13, 700 millones de años, hasta una décima de su edad, mil trescientos millones de años. El modelo actualmente preferido por los investigadores, un Universo con geometría plana y dominio de energía oscura se ve favorecido en este diagrama. Los autores exploraron también modelos donde las propiedades de la energía oscura podrían cambiar con el tiempo. Los datos muestran que lo más factible es que eso no ocurrió, es decir, la energía oscura parece estar bien descrita por la famosa constante cosmológica introducida por Einstein, misma que hoy en día encuentra su explicación física en el vacío cuántico. Este medio repulsivo se cree es el que produjo la inflación original del Universo. Luego la materia, por la fuerza de gravedad, estuvo frenando la expansión, pero más recientemente un posible residuo de aquél vacío del origen está volviendo a hacer de las suyas, acelerando de nueva cuenta la expansión del universo.

Sin embargo, el Dr. Avila-Reese anticipa que aún hay bastante por hacer: “Sólo la combinación de muchos métodos y sondeos observacionales permitirá determinar con precisión los parámetros cosmológicos de nuestro Universo, en especial los que describen a la Energía Oscura. Nuestro método es un grano de arena más en esta apasionante búsqueda del entendimiento del Universo y las leyes que lo rigen. El descubrimiento de la energía oscura parece ser sólo el inicio de una revolución en la cosmología y la física”- enfatizó y para culminar expresó que la astronomía universitaria y mexicana en general, han logrado un importante sitial a nivel internacional, generando conocimiento universal pero también cultura y educación para la sociedad mexicana. “El reto ahora es incrementar el pequeño número de astrónomos mexicanos -y científicos en general- así como emprender nuevos y grandes proyectos científicos, que además puedan generar un impacto tecnológico para México; es algo que la astronomía ha hecho muy bien en los países del primer mundo.”

Fig, 4. Composición actual del universo inferida de la combinación de varios sondeos observacionales. El sondeo del grupo del Dr. Avila-Reese, basado en el uso de ERGs largos y supernovas de tipo Ia, confirma una composición del 27% en materia (oscura y bariónica) y 73% en energía oscura. Además sus resultados favorecen un tipo de energía oscura cuyas propiedades no cambian con la expansión (constante cosmológica).