La contabilidad más precisa hasta ahora de energía y materia oscuras

El análisis de más de dos décadas de explosiones de supernova refuerza de manera convincente las teorías cosmológicas modernas y revitaliza los esfuerzos para responder preguntas fundamentales. - NASA/CXC/U.TEXAS

   MADRID, 19 Oct. (EUROPA PRESS) -

   Astrofísicos han realizado un nuevo y potente análisis que pone los límites más precisos hasta ahora a la composición y evolución del universo.

   Este análisis de más de dos décadas de explosiones de supernova refuerza de manera convincente las teorías cosmológicas modernas y revitaliza los esfuerzos para responder preguntas fundamentales, según publican los investigadores en 'The Astrophysical Journal'.

   Este análisis, bautizado como Pantheon+, concluye de forma convincente que el cosmos se compone de aproximadamente dos tercios de energía oscura y un tercio de materia --sobre todo en forma de materia oscura-- y que se está expandiendo a un ritmo acelerado durante los últimos miles de millones de años. Sin embargo, Pantheon+ también consolida un importante desacuerdo sobre el ritmo de esa expansión que aún no se ha resuelto.

   Al situar las teorías cosmológicas modernas predominantes, conocidas como Modelo Estándar de Cosmología, sobre una base estadística y de pruebas aún más firme, Pantheon+ cierra aún más la puerta a marcos alternativos que den cuenta de la energía y la materia oscuras.

   Ambas son los pilares del Modelo Estándar de la Cosmología, pero aún no se han detectado directamente y son uno de los mayores misterios del modelo. Gracias a los resultados de Pantheon+, los investigadores pueden ahora realizar pruebas de observación más precisas y afinar las explicaciones del cosmos ostensible.

    "Con estos resultados de Pantheon+, somos capaces de poner las restricciones más precisas sobre la dinámica y la historia del universo hasta la fecha --explica Dillon Brout, becario Einstein en el Centro de Astrofísica | Harvard y Smithsonian, en Estados Unidos--. Hemos peinado los datos y ahora podemos decir con más confianza que nunca cómo ha evolucionado el universo a lo largo de los eones y que las mejores teorías actuales sobre la energía oscura y la materia oscura se mantienen firmes".

   Pantheon+ se basa en el mayor conjunto de datos de este tipo, que comprende más de 1.500 explosiones estelares llamadas supernovas de tipo Ia. Estas brillantes explosiones se producen cuando las estrellas enanas blancas -remanentes de estrellas como nuestro Sol- acumulan demasiada masa y sufren una reacción termonuclear fuera de control.

   Dado que las supernovas de tipo Ia eclipsan galaxias enteras, las detonaciones estelares pueden vislumbrarse a distancias superiores a los 10.000 millones de años luz, es decir, a lo largo de unas tres cuartas partes de la edad total del universo.

   Debido a que las supernovas arden con brillos intrínsecos casi uniformes, los científicos pueden utilizar el brillo aparente de las explosiones, que disminuye con la distancia, junto con las mediciones del desplazamiento al rojo como marcadores del tiempo y el espacio. Esta información, a su vez, revela la velocidad de expansión del universo durante diferentes épocas, lo que se utiliza para probar las teorías de los componentes fundamentales del universo.

   El gran descubrimiento en 1998 del crecimiento acelerado del universo fue gracias al estudio de las supernovas de tipo Ia de esta manera. Los científicos atribuyen la expansión a una energía invisible, denominada por ello energía oscura, inherente al tejido del propio universo. Décadas posteriores de trabajo han seguido recopilando conjuntos de datos cada vez más amplios, que han revelado supernovas en un rango de espacio y tiempo aún mayor, y Pantheon+ los ha reunido ahora en el análisis más sólido desde el punto de vista estadístico hasta la fecha.

   "En muchos sentidos, este último análisis de Pantheon+ es la culminación de más de dos décadas de esfuerzos diligentes por parte de observadores y teóricos de todo el mundo para descifrar la esencia del cosmos", afirma en un comunicado Adam Riess, uno de los ganadores del Premio Nobel de Física de 2011 por el descubrimiento de la expansión acelerada del universo y el Bloomberg Distinguished Professor de la Universidad Johns Hopkins (JHU) y el Space Telescope Science Institute de Baltimore (Estados Unidos).

   Brout y Dan Scolnic, profesor adjunto de física en la Universidad de Duke, coautor de la nueva serie de artículos, que hace varios años desarrolló el análisis original de Pantheon de aproximadamente 1.000 supernovas, han añadido alrededor de un 50 por ciento más de puntos de datos de supernovas en Pantheon+, junto con mejoras en las técnicas de análisis y abordando posibles fuentes de error, lo que en última instancia ha producido el doble de precisión del Pantheon original.

   Tomando los datos en su conjunto, el nuevo análisis sostiene que el 66,2 por ciento del universo se manifiesta como energía oscura, siendo el 33,8 por ciento restante una combinación de materia oscura y materia. Para llegar a una comprensión aún más exhaustiva de los componentes constitutivos del universo en diferentes épocas, Brout y sus colegas combinaron Pantheon+ con otras medidas independientes y complementarias de la estructura a gran escala del universo y con mediciones de la luz más temprana del universo, el fondo cósmico de microondas.

   Otro resultado clave de Pantheon+ está relacionado con uno de los principales objetivos de la cosmología moderna: determinar la tasa de expansión actual del universo, conocida como la constante de Hubble. La combinación de la muestra de Pantheon+ con los datos de la colaboración SH0ES (Supernova H0 for the Equation of State), dirigida por Riess, da como resultado la medición local más estricta de la tasa de expansión actual del universo.

   Pantheon+ y SH0ES encuentran conjuntamente una constante de Hubble de 73,4 kilómetros por segundo por megaparsec con sólo un 1,3% de incertidumbre. Dicho de otro modo, por cada megaparsec, o 3,26 millones de años luz, el análisis estima que en el universo cercano el propio espacio se expande a más de 160.000 kilómetros por hora.

   Las mediciones de la luz más temprana del universo, el fondo cósmico de microondas, cuando se combinan con el actual Modelo Estándar de Cosmología, fijan sistemáticamente la constante de Hubble a un ritmo significativamente menor que las observaciones realizadas a través de supernovas de tipo Ia y otros marcadores astrofísicos. Esta considerable discrepancia entre las dos metodologías se ha denominado tensión de Hubble.

   Los nuevos conjuntos de datos de Pantheon+ y SH0ES aumentan esta tensión de Hubble. De hecho, la tensión ha superado el importante umbral de 5 sigmas (aproximadamente una probabilidad entre un millón de que se produzca debido al azar) que los físicos utilizan para distinguir entre posibles casualidades estadísticas y algo que debe entenderse en consecuencia.

   "Pensábamos que sería posible encontrar pistas para una solución novedosa a estos problemas en nuestro conjunto de datos, pero en lugar de ello estamos descubriendo que nuestros datos descartan muchas de estas opciones y que las profundas discrepancias siguen siendo tan obstinadas como siempre", señala Brout. Los resultados de Pantheon+ podrían ayudar a señalar dónde se encuentra la solución a la tensión del Hubble.

   En general, Pantheon+ ofrece a los científicos una visión completa de gran parte de la historia cósmica. Las supernovas más antiguas y distantes del conjunto de datos brillan desde 10.700 millones de años luz, es decir, desde que el universo tenía aproximadamente una cuarta parte de su edad actual.

   En esa época anterior, la materia oscura y su gravedad asociada mantenían el ritmo de expansión del universo bajo control. Este estado de cosas cambió drásticamente en los siguientes miles de millones de años cuando la influencia de la energía oscura superó a la de la materia oscura. Desde entonces, la energía oscura ha alejado cada vez más el contenido del cosmos y lo ha hecho a un ritmo cada vez mayor.