Crean el mayor mapa galáctico 3D de la historia para explicar la energía oscura

"Nos ha costado cinco años recopilar datos de 1.200.000 galaxias en una cuarta parte del cielo visible -explica Jeremy Tinker, de la Universidad de Nueva York y codirector del equipo- para elaborar un mapa de la estructura del Universo con un volumen de 650.000 millones de años luz cúbicos. El mapa nos ha permitido, a su vez, efectuar las mejores mediciones que tenemos de los efectos de la energía oscura en la expansión del Universo. Ahora trabajamos para que nuestro mapa y nuestros resultados estén disponibles para todo el mundo".

Las nuevas medidas han sido realizadas durante el programa BOSS (Baryon Oscillation Spectroscopic Survey) , del Sloan Digital Sky Survey III . En un continuo tira y afloja entre materia oscura y energía oscura, el mapa surgido de BOSS ha permitido a los investigadores medir la tasa de expansión del Universo y determinar con precisión la cantidad de materia y de energía oscura que forma parte de él en la actualidad. Toda una colección de estudios que forman parte de esta macro investigación serán publicados por Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

El programa BOSS obtuvo la tasa actual de expansión del Universo calculando el tamaño de las oscilaciones acústicas bariónicas (BAO) en la distribución tridimensional de las galaxias. El tamaño original de estas oscilaciones está determinado por las ondas de presión que viajaron a través del Universo joven, cuando éste no tenía más de 400.000 años (Hoy tiene 13.800 millones de años), momento en que quedaron "congeladas" para dar lugar a la distribución de la materia tal y como la observamos en la actualidad. El resultado final es que las galaxias muestran una ligera preferencia a permanecer separadas por una distancia característica que los astrónomos llaman "la escala acústica".

Y el tamaño de la escala acústica de hace 13.400 millones de años, cuando el Universo era muy joven, ha sido determinado con gran precisión a partir de observaciones del fondo cósmico de microondas de la luz emitida cuando las ondas de presión se "congelaron". Midiendo la distribución de galaxias a partir de ese momento, los astrónomos han conseguido determinar cómo la materia oscura y la energía oscura han estado compitiendo durante muchos miles de millones de años para gobernar la tasa de expansión del Universo.

"Hamos hecho el mayor mapa que existe para estudiar ese 95% del Universo que es oscuro -explica David Schlegel, astrofísico del Lawrence Berkeley National Laboratory e investigador principal del programa BOSS-. En este mapa, podemos ver como la materia oscura empuja a las galaxias unas contra otras. Y a una escala mucho mayor, observamos el efecto de la energía oscura separando la materia cada vez más rápido".

Como se sabe, la materia ordinaria, la que forma todas las galaxias, estrellas y planetas que podemos ver, apenas si da cuenta de menos de un 5% de la masa total del Universo. Otro 23% está formado por materia oscura, una misteriosa forma de materia, cinco veces más abundnte que la ordinaria, que no podemos ver porque no emite radiación alguna y es, por lo tanto, indetectable para nuestros instrumentos. Su presencia y cantidad, sin embargo, se deduce a partir de la acción gravitatoria que ejerce sobre la materia ordinaria que sí vemos. El restante 72% de la masa del Universo está constituido por la aún más misteriosa energía oscura, que los científicos piensan que está detrás del proceso de expansió acelerada del Universo. En una auténtica "batalla cósmica" entre fuerzas opuestas, la materia oscura , con su gravedad, atrae materia y trata de conseguir que ésta se una, mientras que la energía oscura hace todo lo contrario.

Para Shirley Ho, astrofísica del Berkeley Lab, que ha codirigido dos de los estudios, "ahora podemos medir la cantidad de galaxias y estrellas que se agrupan en función del tiempo con una precisión tal que podemos incluso poner a prueba la relatividad general a escalas cosmológicas".

Por su parte, Ariel Sánchez, del Instituto Max Planck de Física Extraterrestre, ha dirigido los esfuerzos llevados a cabo para calcular la cantidad exacta de materia oscura y de energía oscura que entran en juego en esta batalla eterna. "Midiendo la escala acústica a través de la historia cósmica -afirma-, conseguimos una herramienta directa para calcular, a su vez, la tasa de expansión del Universo. Con el programa BOSS, hemos trazado la sutil impronta de la escala acústica en la distribución de las galaxias, en un rango de tiempo que abarca entre hace 2.000 y 7.000 millones de años".

Para medir el tamaño de estas antiguas y gigantescas ondas con tanta precisión, los investigadores de BOSS tuvieron que construir un ambicioso mapa galáctico que no tiene precedentes y que es muchas veces más grande que los mayores mapas elaborados hasta ahora. En el momento en que el programa BOSS se ponía en marcha, solo se había podido determinar la influencia de la energía oscura en la expansión del Universo desde hace 5.000 millones de años. BOSS, sin embargo, puede retroceder mucho más en el tiempo y calcular sus efectos desde hace unos 7.000 millones de años hasta un momento cercano en el tiempo, hace cerca de 2.000 millones de años.

El mapa también revela que, en una escala menor, existe un movimiento coherente de galaxias hacia regiones del Universo en las que hay una mayor concetración de materia, debido a la fuerza de atracción de la gravedad. "Los resultados de BOSS -concluye Natalia Roe, directora de la división de Física del Berkeley Lab- proporcionan una sólida base para hacer en el futuro mediciones incluso más precisas del BAO y que nos permitan averiguar cuál será, finalmente, el futuro de nuestro Universo".