Durante milenios, los seres humanos se han sentido fascinados por los misterios del cosmos.

A diferencia de los antiguos filósofos, que imaginaban los orígenes del universo, los cosmólogos modernos utilizan herramientas cuantitativas para comprender su evolución y estructura. La cosmología moderna se remonta a principios del siglo XX, con el desarrollo de la teoría de la relatividad general de Albert Einstein.

Ahora, los investigadores del Telescopio Cosmológico de Atacama (ACT) han creado una nueva y revolucionaria imagen que revela el mapa más detallado de la materia oscura distribuida por una cuarta parte del cielo y que se extiende hasta las profundidades del cosmos. Y lo que es más, confirma la teoría de Einstein sobre cómo las estructuras masivas crecen y curvan la luz, a lo largo de los 14.000 millones de años de vida del universo.

Hemos cartografiado la materia oscura invisible a través del cielo hasta las mayores distancias, y vemos claramente rasgos de este mundo invisible que abarcan cientos de millones de años luz, afirma Blake Sherwin, catedrático de Cosmología de la Universidad de Cambridge, donde dirige un grupo de investigadores del ACT. Tiene el mismo aspecto que predicen nuestras teorías.

Los investigadores utilizaron el Telescopio Cosmológico de Atacama para crear este nuevo mapa de la materia oscura | Foto ACT Collaboration

A pesar de constituir el 85% del universo e influir en su evolución, la materia oscura ha sido difícil de detectar porque no interactúa con la luz ni con otras formas de radiación electromagnética. Por lo que sabemos, la materia oscura sólo interactúa con la gravedad.

Para localizarla, los más de 160 colaboradores que han construido y recopilado datos del Telescopio Cosmológico de Atacama de la Fundación Nacional de la Ciencia, situado en las alturas de los Andes chilenos, observan la luz que emana tras los albores de la formación del universo, el Big Bang, cuando el universo sólo tenía 380.000 años. Los cosmólogos suelen referirse a esta luz difusa que llena todo nuestro universo como la «foto de bebé del universo», pero formalmente se conoce como radiación cósmica de fondo de microondas (CMB).

El equipo rastrea cómo la atracción gravitatoria de estructuras grandes y pesadas, incluida la materia oscura, deforma la CMB en su viaje de 14.000 millones de años hasta nosotros, como una lupa curva la luz al pasar por su lente.

El Telescopio Cosmológico de Atacama, en el norte de Chile, financiado por la National Science Foundation, funcionó entre 2007 y 2022 | Foto Mark Devlin, Director Adjunto del Telescopio Cosmológico de Atacama y Profesor Reese Flower de Astronomía en la Universidad de Pensilvania.

Mathew Madhavacheril, profesor adjunto del Departamento de Física y Astronomía de la Universidad de Pensilvania, explica: Hemos creado un nuevo mapa de masas a partir de las distorsiones de la luz que dejó el Big Bang. Sorprendentemente, proporciona mediciones que demuestran que tanto el ‘abultamiento’ del universo, como el ritmo al que está creciendo tras 14.000 millones de años de evolución, son justo lo que cabría esperar de nuestro modelo estándar de cosmología basado en la teoría de la gravedad de Einstein.

Sherwin añade que nuestros resultados también aportan nuevas perspectivas a un debate en curso que algunos han denominado ‘La crisis de la cosmología’, explicando que esta crisis se deriva de mediciones recientes que utilizan una luz de fondo diferente, la emitida por las estrellas en las galaxias en lugar del CMB. Estos resultados sugieren que la materia oscura no es lo suficientemente grumosa según el modelo estándar de la cosmología y han suscitado la preocupación de que el modelo pueda estar roto. Sin embargo, los últimos resultados obtenidos por el equipo del ACT han permitido evaluar con precisión que los enormes grumos que se ven en esta imagen tienen el tamaño exacto.

Cuando los vi por primera vez, nuestras mediciones concordaban tan bien con la teoría subyacente que tardé un momento en procesar los resultados, afirma Frank Qu, estudiante de doctorado de Cambridge que forma parte del equipo de investigación. Será interesante ver cómo se resuelve esta posible discrepancia entre distintas mediciones.

La investigación realizada por la colaboración del Telescopio Cosmológico de Atacama ha culminado en un nuevo e innovador mapa de la materia oscura distribuida por una cuarta parte de todo el cielo, que se adentra en las profundidades del cosmos. Los hallazgos refuerzan la teoría de la relatividad general de Einstein, que ha sido la base del modelo estándar de la cosmología durante más de un siglo, y ofrecen nuevos métodos para desmitificar la materia oscura | Foto Lucy Reading-Ikkanda, Simons Foundation

Los datos de las lentes del CMB rivalizan con los sondeos más convencionales de la luz visible de las galaxias en su capacidad para rastrear la suma de lo que hay ahí fuera, afirma Suzanne Staggs, directora del ACT y catedrática de Física Henry DeWolf Smyth de la Universidad de Princeton. Juntos, la lente del CMB y los mejores sondeos ópticos están aclarando la evolución de toda la masa del universo.

Cuando propusimos este experimento en 2003, no teníamos ni idea de toda la información que se podría extraer de nuestro telescopio, afirma Mark Devlin, catedrático Reese Flower de Astronomía de la Universidad de Pensilvania y subdirector del ACT. Se lo debemos a la astucia de los teóricos, a las muchas personas que construyeron nuevos instrumentos para hacer más sensible nuestro telescopio y a las nuevas técnicas de análisis que ideó nuestro equipo.

El ACT, que funcionó durante 15 años, fue retirado del servicio en septiembre de 2022. No obstante, se espera que pronto se presenten más trabajos que presenten los resultados del conjunto final de observaciones, y el Observatorio Simons llevará a cabo futuras observaciones en el mismo lugar, con un nuevo telescopio que está previsto que comience a funcionar en 2024. Este nuevo instrumento será capaz de cartografiar el cielo casi 10 veces más rápido que ACT.


Fuentes

Princeton University | University of Cambridge


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