Investigadores de la Universidad de Cambridge han descubierto una nueva forma de medir la energía oscura (la misteriosa fuerza que constituye más de dos tercios del universo y es responsable de su acelerada expansión) en nuestro propio patio cósmico.

Los investigadores han descubierto que puede ser posible detectar y medir la energía oscura estudiando Andrómeda, nuestro vecino galáctico que se encuentra en curso de colisión en cámara lenta con el Sol. vía Láctea.

Desde su primera identificación a finales de la década de 1990, los científicos han utilizado galaxias muy distantes para estudiar la energía oscura, pero aún no la han detectado directamente. Sin embargo, los investigadores de Cambridge descubrieron que al estudiar cómo Andrómeda y la Vía Láctea se aproximan entre sí dada su masa colectiva, podrían establecer un límite superior al valor de la constante cosmológica, que es el modelo más simple de energía oscura. El límite superior que encontraron es cinco veces mayor que el valor de la constante cosmológica que podría detectarse en el universo temprano.

Aunque la técnica aún se encuentra en sus primeras etapas, los investigadores dicen que podría ser posible detectar energía oscura estudiando nuestro propio vecindario cósmico. Los resultados se reportan en EL Cartas de revistas astrofísicas.

Todo lo que podemos ver en nuestro mundo y en el cielo –desde pequeños insectos hasta enormes galaxias– constituye sólo el cinco por ciento del universo observable. El resto es oscuridad: los científicos estiman que alrededor del 27 por ciento del universo está compuesto de materia oscura, que mantiene unidos los objetos, mientras que el 68 por ciento está compuesto de energía oscura, que separa los objetos.

«La energía oscura es un nombre general para una familia de modelos que se podrían agregar a la teoría de la gravedad de Einstein», dijo el primer autor, el Dr. David Benisty, del Departamento de Matemáticas Aplicadas y Física Teórica. «La versión más simple de esto se conoce como constante cosmológica: una densidad de energía constante que mantiene a las galaxias separadas entre sí».

Einstein añadió temporalmente la constante cosmológica a su teoría de la relatividad general. Desde los años 1930 hasta los años 1990, la constante cosmológica se fijó en cero, hasta que se descubrió que una fuerza desconocida –la energía oscura– estaba acelerando la expansión del universo. Sin embargo, existen al menos dos grandes problemas con la energía oscura: no sabemos exactamente qué es y no la hemos detectado directamente.

Desde su primera identificación, los astrónomos han desarrollado varios métodos para detectar la energía oscura, la mayoría de los cuales implica estudiar objetos en el universo temprano y medir qué tan rápido se alejan de nosotros. No es fácil analizar los efectos de la energía oscura de hace miles de millones de años: dado que es una fuerza débil entre galaxias, la energía oscura es fácilmente superada por fuerzas mucho más fuertes dentro de las galaxias.

Sin embargo, hay una región del universo que es sorprendentemente sensible a la energía oscura: está en nuestro propio patio cósmico. La galaxia de Andrómeda es la más cercana a nuestra Vía Láctea y las dos galaxias están en curso de colisión. A medida que se acerquen, las dos galaxias comenzarán a orbitar entre sí, muy lentamente. Una sola órbita tardará 20 mil millones de años. Sin embargo, debido a fuerzas gravitacionales masivas, mucho antes de que se complete una sola órbita, dentro de unos cinco mil millones de años, las dos galaxias comenzarán a fusionarse y a caer una en la otra.

«Andrómeda es la única galaxia que no huye de nosotros, por lo que al estudiar su masa y movimiento podremos determinar la constante cosmológica y la energía oscura», dijo Benisty, quien también es investigador asociado en la Facultad de Ciencias de Queens.

Utilizando una serie de simulaciones basadas en las mejores estimaciones disponibles de las masas de las dos galaxias, Benisty y sus coautores (la profesora Anne Davis de DAMTP y el profesor Wyn Evans del Instituto de Astronomía) han descubierto que la energía oscura afecta la forma en que Andrómeda y la Vía Láctea orbitan entre sí.

«La energía oscura afecta a cada par de galaxias: la gravedad quiere unir las galaxias, mientras que la energía oscura las separa», dijo Benisty. “En nuestro modelo, si cambiamos el valor de la constante cosmológica, podemos ver cómo esto cambia la órbita de las dos galaxias. Basándonos en su masa, podemos establecer un límite superior a la constante cosmológica, que es aproximadamente cinco veces mayor de lo que podemos medir en el resto del universo.

Los investigadores afirman que, si bien esta técnica podría resultar extremadamente útil, todavía no puede detectar directamente la energía oscura. Los datos del Telescopio James Webb (JWST) proporcionarán mediciones mucho más precisas de la masa y el movimiento de Andrómeda, lo que podría ayudar a reducir los límites superiores de la constante cosmológica.

Además, al estudiar otros pares de galaxias, podría ser posible perfeccionar aún más la técnica y determinar cómo la energía oscura afecta a nuestro universo. «La energía oscura es uno de los mayores enigmas de la cosmología», dijo Benisty. «Sus efectos pueden variar según la distancia y el tiempo, pero esperamos que esta técnica pueda ayudar a desentrañar el misterio».

Referencia: “Restringir la energía oscura desde la dinámica del grupo local” por David Benisty, Anne-Christine Davis y N. Wyn Evans, 8 de agosto de 2023, Cartas de la revista astrofísica..
DOI: 10.3847/2041-8213/ace90b