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Un proyecto internacional comienza la búsqueda de la energía oscura

Utiliza una cámara astronómica que sacará imágenes en color de 300 millones de galaxias.

En el Dark Energy Survey, liderado por EE UU, participan expertos de España, Reino Unido, Brasil, Alemania y Suiza.

Telescopios del observatorio de Cerro Tololo, en Chile.
Telescopios del observatorio de Cerro Tololo, en Chile.

El hecho de que el 68% del universo sea algo completamente desconocido se ha convertido en uno de los retos más apasionantes para la ciencia, y los físicos, además de buscar explicaciones teóricas del fenómeno, diseñan nuevas estrategias de observación del cielo para obtener los datos que ayuden a desentrañar el misterio. Ese 68% del cosmos, sea lo que sea, se llama energía oscura. Un proyecto internacional, liderado por EE UU y con participación de científicos e ingenieros de otros cinco países (incluida España), acaba de abrir los ojos al cielo tras una década de preparación. Se trata de una nueva cámara astronómica (DECam) de 570 megapíxeles que, instalada en un telescopio de Cerro Tololo (en Chile), obtendrá imágenes en color de 300 millones de galaxias y 100.000 cúmulos de galaxias a distancias de hasta 8.000 millones de años luz de la Tierra. El Dark Energy Survey (DES), como se denomina el proyecto, empezó a operar oficialmente el pasado 31 de agosto, según han informado las instituciones españolas participantes. La DECam, construida en el laboratorio Fermilab (junto a Chicago), cartografiará de forma sistemática una octava parte del cielo “con un detalle sin precedentes”, señalan los responsables.

Fue en 1998 cuando dos equipos de astrónomos anunciaron, independientemente, el descubrimiento de que la expansión del universo, en lugar de estarse ralentizando, como cabría esperar debido al efecto de la atracción gravitatoria, estaba acelerándose, es decir, que cada vez se expande más deprisa. La primera reacción de los cosmólogos fue más bien de incredulidad. Pero a medida que más observaciones y más datos confirmaban el hallazgo, llegó la sorpresa y la incógnita. No se esperaba tal efecto y no había forma de explicarlo. Con los años, además de conceder el premio Nobel a los descubridores, se han propuesto algunas hipótesis para explicar el fenómeno. La que parece contar con más partidarios retoma una propuesta de Einstein, la constante cosmológica. Sería una especie de presión negativa que, introducida en sus ecuaciones hacía que el universo fuese estático (según el convencimiento general de la época) y no dinámico, como resultaba con su teoría de la relatividad general. Después, cuando se descubrió que el cosmos estaba en expansión, Einstein dijo que su constante cosmológica era un error, su mayor error.

Pero resulta que aquel efecto de repulsión de la constante cosmológica, frente a la atracción gravitatoria, podría explicar la aceleración de la expansión descubierta décadas después. Hacen falta datos muy precisos para comprobar las hipótesis de los físicos teóricos o descartarlas y, en cualquier caso, se trata de explorar la física profunda del universo.

Construcción del prototipo de la cámara de búsqueda de energía oscura DECam
Construcción del prototipo de la cámara de búsqueda de energía oscura DECam

El Dark Energy Survey (o Rastreo de Energía Oscura) que arranca ahora, tras 10 años de preparación, diseño, construcción y ensayos, enfoca la investigación de la energía oscura desde cuatro frentes, según explican sus promotores. Ellos advierten de antemano que “con las observaciones obtenidas no será posible ver de forma directa la energía oscura”, pero con su estudio de la expansión del universo y el crecimiento de sus estructuras a gran escala a lo largo del tiempo, se obtendrán “las mediciones más precisas, hasta la fecha, de las propiedades de dicha energía oscura”.

El Instituto de Ciencias del Espacio (ICE) y el Instituto de Física de Altas Energías (IFAE), ambos en Barcelona y participantes en el proyecto DES, explican las cuatro estrategias de investigación de DES son:

Conteo de cúmulos de galaxias. Mientras que la gravedad atrae la masa para formar galaxias, la energía oscura la repele reparándola. La DECam verá la luz de 100.000 cúmulos de galaxias que se encuentran a miles de millones de años luz de distancia y, el recuento de cúmulos en diferentes épocas, permite estudiar esta competición cósmica entre la gravedad y la energía oscura.

Medición de supernovas. La cámara permitirá también descubrir supernovas (una 4.000 se detectarán, según las estimaciones de los científicos) situadas a miles de millones de años luz de distancia. Una supernova es una estrella que explota y puede llegar a ser tan brillante como toda una galaxia compuesta por billones de estrellas, recuerdan los especialistas de DES. Midiendo el brillo de la supernova, los científicos pueden saber a qué distancia se encuentran y esta información puede ser utilizada para determinar la rapidez con que el universo ha estado expandiéndose desde la explosión de la estrella. De hecho, las observaciones de los equipos (Supernova Cosmology Project y High-z Supernova Search Team) que condujeron al descubrimiento de la aceleración de la expansión –y el consiguiente Premio Nobel de Física en 2011- se hicieron con supernovas.

Estudio de la curvatura de la luz. Cuando la luz de las galaxias distantes que viaja por el espacio se encuentra con acumulaciones de materia, incluida la materia oscura (26,8% del universo según los últimos datos del telescopio espacial Planck) se curva alrededor de la misma, haciendo que las galaxias aparezcan distorsionadas en las imágenes que se obtienen con los telescopios. La DECam “medirá las formas de 200 millones de galaxias para así revelar la batalla existente entre la gravedad y la energía oscura al dar forma a las acumulaciones de materia oscura en el universo”.

Ondas sonoras. “Cuando el universo tenía menos de 400.000 años, la interacción entre la materia y la luz generó una serie de ondas sonoras viajando a casi dos tercios de la velocidad de la luz”, explican los científicos. “Estas ondas dejaron su huella en la distribución de galaxias del universo y el proyecto DES medirá las posiciones en el espacio de 300 millones de galaxias para encontrar esa huella y utilizar la información que proporciona para inferir la historia de la expansión cósmica”.

“La combinación de estas cuatro técnicas hacen que el Dark Energy Survey tenga una capacidad única en el mundo para ayudarnos a entender el misterio de la naturaleza de la energía oscura, que es la clave para descubrir cuál será el destino final del universo”, explica Ramon Miquel, del IFAE.

La DECam se ha instalado en el telescopio Víctor M.Blanco del observatorio de Cerro Tololo (de la Fundación Nacional de Ciencia, EE UU). Participan en el proyecto unos 200 expertos de 25 instituciones de seis países. Por parte española, en concreto, destaca el ICE (IEEC/CSIC), el IFAE y el Ciemat con la Universidad Autónoma de Madrid. Según explican ellos mismos, su contribución se ha centrado en el diseño, construcción y verificación de la electrónica de alta velocidad de los detectores de la cámara, así como en el desarrollo del software para apuntar el telescopio con precisión. También han hecho los españoles simulaciones a gran escala del universo para ensayar métodos científicos de análisis de los futuros datos e interpretar las observaciones que se hagan.