Test para probar la naturaleza de la aceleración del Universo

Un grupo internacional de astrónomos han usado el VTL (Very Large Telescope) de ESO para medir la distribución y movimientos de cientos de galaxias en el Universo distante.

Esto abre fascinantes perspectivas para entender mejor la naturaleza de la aceleración de la expansión cósmica y arroja luz sobre la energía oscura.

Imagen de una simulación computacional de la formación de las estructuras de gran escala en el Universo, mostrando una porción de 100 millones de años luz y los resultantes movimientos coherentes de las galaxias fluyendo hacia la mayor concentración de masa en el centro. La imagen corresponde a una época de unos 10 mil millones de años atrás en el tiempo. La escala de color representa la densidad de masa, con las regiones de mayor densidad pintadas en rojo y las menores en negro. Las pequeñas líneas amarillas describen la intensidad y dirección de las velocidades de las galaxias. Como agujas de una brújula, mapean el diseño de agrupación y miden la tasa de crecimiento de la estructura central. Esto depende en el sutil balance entre materia oscura, energía oscura y la expansión del Universo. Los astrónomos pueden medir este efecto usando grandes estudios de galaxias a diferentes épocas en el tiempo, como muestra la nueva investigación.

Crédito: Klaus Dolag y el equipo VVDS

"Explicar porqué la expansión del Universo está actualmente acelerándose es ciertamente la pregunta más fascinante en la cosmología moderna", dice Luigi Guzzo, autor líder de un paper publicado en la edición de esta semana de Nature. "Hemos sido capaces de mostrar que los grandes estudios que miden las posiciones y velocidades de galaxias distantes nos proveen de una poderosa nueva forma de resolver este misterio".

Hace diez años, los astrónomos hicieron el increíble descubrimiento de que el Universo se está expandiendo a un ritmo mayor que en el pasado.

"Esto implica que uno de dos posibilidades muy distintas debe ser cierta", explica Enzo Branchini, miembro del equipo. "O bien el Universo está lleno con una misteriosa energía oscura que produce una fuerza repulsiva que combate el freno gravitacional de toda la materia presente en el Universo, o bien, nuestro actual teoría de la gravitación no es correcta y necesita ser modificada, por ejemplo, añadiendo dimensiones extras al espacio".

Observaciones actuales de la tasa de la expansión no pueden distinguir entre estas dos opciones, pero un equipo de 51 científicos de 24 instituciones encontraron una manera que podría ayudar a abordar el problema. La técnica está basada en un fenómeno bien conocido: el hecho de que el aparente movimiento de galaxias distantes resulta de dos efectos: la expansión global del Universo que empuja las galaxias unas de otras y la atracción gravitacional de la materia presente en los vecindarios galácticos que las empuja conjuntamente, creando la tela cósmica de estructuras de gran escala.

"Al medir las aparentes velocidades de grandes muestras de galaxias en los últimos treinta años, los astrónomos han sido capaces de reconstruir un mapa tridimensional de la distribución de las galaxias a lo largo de grandes volúmenes del Universo. Este mapa revela estructuras de gran escala como cúmulos de galaxias y supercúmulos filamentarios", dice Olivier Le Fèvre, miembro del equipo. "Pero las velocidades medidas también contienen información acerca de los movimientos locales de las galaxias; esto introduce pequeñas pero significativas distorsiones en los mapas reconstruídos del Universo. Hemos mostrado que midiendo esta distorsión a diferentes épocas de la historia del Universo es una forma de testear la naturaleza de la energía oscura".

Guzzo y sus colaboradores han sido capaces de medir este efecto usando el espectógrafo VIMOS en el telescopio Melipal, uno de los cuatro telescopios de 8.2 metros, parte del VLT de ESO. Como parte del estudio profundo del VIMOS-VLT (llamado VVDS, por VIMOS VLT Deep Survey), en el que Le Fèvre es el principal investigador, espectros de muchos miles de galaxias en un campo de cuatro grados (o 20 veces el tamaño de la Luna llena) de épocas que corresponden a la mitad de la edad actual del Universo (unos 7 mil millones de años) fueron obtenidos y analizados.

"Este es el más campo más grande jamás cubierto homogeneamente por medio de espectrocopía a esta profundidad. Hemos colectado más de 13.000 espectros en este campo y el volumen total muestreado por el estudio es de más de 25 millones de años luz cúbicos", indica Le Fèvre.

Los astrónomos compararon sus resultados con el estudio 2dFGRS que investigó el Universo local, es decir, mide la distorsión actual.

Con las actuales incertidumbres, la medición de este efecto provee una indicación independiente de la necesidad de un ingrediente de energía extra desconocido en la "sopa cósmica", apoyando la forma más simple de energía oscura, la llamada constante cosmológica, introducida originalmente por Albert Einstein. Esto no excluye, sin embargo, otros escenarios con incertidumbres mayores.

"Hemos mostrado también que al extender las mediciones en volúmenes de unas dieces veces mayores que el VVDS, esta técnica debería ser capaz de decirnos si la aceleración cósmica se origina de un componente de energía oscura de origen exótico o si se requiere una modificación de las leyes de gravedad", explica Guzzo.

"VIMOS en el VLT podría ciertamente ser una magnífica herramienta para realizar este futuro estudio y ayudarnos a responder esta pregunta fundamental. Esto fomenta fuertemente a los científicos a proceder con estudios aún más ambiciosos del Universo distante", concluye Le Fèvre.

Fuentes y links relacionados

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*ESO:New Light on Dark Energy
*"A test of the nature of cosmic acceleration using galaxy redshift distortions", por L. Guzzo et al., Nature 451, 541-544 (31 de enero 2008) | doi:10.1038/nature06555.

Fuente: Últimas noticias del cosmos