La medida más precisa de la composición del Universo

En el Universo oscuro, en ese 95% del total que se nos escapa hay, que sepamos, dos cosas. La primera es materia oscura, 'otra clase' de materia que no podemos observar porque, al no emitir radiación alguna, queda fuera del alcance de nuestros instrumentos. Sabemos que está ahí solo porque ejerce gravedad sobre la materia 'normal', la que sí podemos ver. Así, midiendo cuidadosamente los movimientos aparentemente inexplicables de la materia visible, los científicos han llegado a la conclusión de que la materia oscura es unas cinco veces más abundante que la ordinaria, la que da forma a planetas estrellas y galaxias.

Aún peor es la parte restante. Porque incluso la suma de toda la materia oscura y toda la materia 'normal' apenas supone una tercera parte de lo que el Universo es en realidad. Los otros dos tercios están hechos de algo aún más misterioso, la 'energía oscura', una fuerza oculta y con el poder suficiente para hacer que el Universo entero se expanda cada vez más deprisa.

Y ahora, un equipo internacional de más de 50 científicos, dirigido por investigadores del Centro de Astrofísica Harvard & Smithsonian, acaba de completar el recuento más preciso hasta la fecha de la cantidad de materia oscura y energía oscura que hay en el Universo.

El análisis, denominado Pantheon+, proporciona los datos más exactos de los que disponemos sobre la composición de nuestro Universo, aunque también incrementa algunas importantes discrepancias. El impresionante trabajo se acaba de publicar en una edición especial de 'Astrophysical Journal'.

El análisis Pantheon+ halló que el 66,2% del Universo es energía oscura, mientras que la tercera parte restante, el 33,8%, es materia, en su mayor parte oscura. De ese 33,8%, en efecto, menos de un 5% es materia ordinaria, la que vemos en nuestro día a día. El estudio, además, confirma que el Universo se ha estado expandiendo a un ritmo acelerado durante los últimos miles de millones de años. En su conjunto, el análisis ha supuesto un respaldo para el 'Modelo estándar de la Cosmología', el compendio actual de teorías con las que los científicos tratan de explicar el Universo.

«Con estos resultados de Pantheon+ -asegura Dillon Brout, autor principal del artículo-, podemos poner las restricciones más precisas sobre la dinámica y la historia del Universo hasta la fecha. Hemos revisado los datos y ahora podemos decir, con más confianza que nunca, cómo ha evolucionado el Universo y que las mejores teorías actuales sobre la energía oscura y la materia oscura se mantienen firmes».

El análisis de los investigadores se ha basado en el estudio de 1.500 explosiones de supernovas del tipo Ia, que ocurren cuando las estrellas enanas blancas, remanentes de estrellas de tamaño mediano como nuestro sol, experimentan una reacción termonuclear desbocada tras haber 'robado' demasiada masa a una estrella compañera.

Debido a que estas explosiones son tan brillantes, es posible verlas a distancias de más de 10 mil millones de años luz, aproximadamente las tres cuartas partes de la edad total del universo. Por eso, al medir el brillo aparente de las supernovas (más tenue cuanto más lejanas), los cosmólogos pueden utilizarlas como auténticos marcadores de tiempo y espacio. Y así, midiendo el 'corrimiento al rojo' de la luz que nos llega de esas supernovas, pueden calcular lo rápido se expandía el Universo en diferentes momentos de su historia. Precisamente, fue un análisis de este tipo de supernovas, llevado a cabo en 1998, lo que permitió descubrir la expansión acelerada del Universo.

«Este salto tanto en la calidad del conjunto de datos como en nuestra comprensión de la física que lo sustenta -dice Brout- no habría sido posible sin un equipo estelar de estudiantes y colaboradores que trabajaron diligentemente para mejorar cada aspecto del análisis».

Pantheon+, de hecho, proporciona un resultado de alta precisión para la tasa de expansión universal, conocida como la constante de Hubble. Los resultados del análisis se combinaron después con la colaboración Supernova H0 for the Equation of State (SH0ES), dirigida por Adam Riess, que en 2011 recibió el Nobel de Física por el descubrimiento de la expansión acelerada del Universo.

Juntos, los datos de Pantheon+ y SH0ES encontraron una constante de Hubble de 73,4 kilómetros por segundo por megaparsec con solo un 1,3 % de incertidumbre en su resultado. En otras palabras, por cada 3,26 millones de años luz (un megaparsec), en nuestra parte del espacio el Universo acelera su velocidad de expansión en más de 260.000 kilómetros por hora.

Pero no todo son buenas noticias en Pantheon+. De hecho, las mediciones de la primera luz del Universo, que nos llega en forma de radiación de fondo de microondas, predice que en una época anterior la constante de Hubble tuvo un valor muy inferior al obtenido a partir de la observación de las supernovas de tipo Ia. Y lejos de resolver este problema, conocido como la 'tensión de Hubble' y que es el mayor al que se enfrenta la Cosmología, los nuevos datos de Pantheon+ y SHOES empeoran aún más las cosas. De hecho, la tensión ahora ha superado el importante umbral de 5 sigma, que los físicos utilizan para distinguir entre posibles casualidades estadísticas y algo que es el resultado de la física real.

«Creíamos que sería posible encontrar pistas para una solución novedosa a este problema en nuestro conjunto de datos -dice Brout-, pero en cambio descubrimos que nuestros datos descartan muchas de estas opciones y que las profundas discrepancias siguen siendo tan obstinadas como siempre».

A pesar de ello, Pantheon+ proporciona una visión completa de la evolución del Universo a lo largo de gran parte de su historia. «Con esto -explica el investigador- obtenemos una visión precisa del Universo desde el momento en que estuvo dominado por la materia oscura hasta que quedó dominado por la energía oscura. Este conjunto de datos es una oportunidad única para ver cómo se 'enciende' la energía oscura para impulsar la evolución del cosmos en las escalas más grandes hasta el presente. Pantheon+ nos brinda nuestra mejor oportunidad hasta la fecha de comprender la energía oscura, sus orígenes y su evolución».