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Al analizar el primer año de datos del Instrumento Espectroscópico de Energía Oscura (DESI), incluidos casi 6 millones de galaxias, un equipo internacional de investigadores ha confirmado las predicciones de Einstein sobre la gravedad. La forma en que las galaxias se agrupan durante los últimos 11 mil millones de años de la historia del Universo sugiere que la gravedad se comporta exactamente como lo predice la relatividad general, incluso a grandes distancias cosmológicas.
Según la teoría de la relatividad general, la gravedad ha moldeado la arquitectura del Universo contribuyendo a la distribución de la materia y a la aglomeración de la misma para formar grandes estructuras, como las galaxias. Sin embargo, si bien está bien probado a escala de sistemas estelares, algunas observaciones ponen en duda su validez a grandes distancias cosmológicas.
« La relatividad general se ha probado muy bien en la escala de los sistemas solares, pero también necesitábamos verificar que la teoría funciona en escalas mucho mayores. », explica en un artículo del blog del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab), Pauline Zarrouk, del Centro Nacional de Investigaciones Científicas (CNRS).
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Entre los fenómenos que ponen en duda las predicciones de Einstein se encuentra la aceleración de la expansión del Universo. Descubierto en 1998 por Saul Perlmutter, Brian Schmidt y Adam Riess, dio lugar a dos hipótesis relativas, en particular, a la existencia de energía oscura causante de esta aceleración, o bien a una laguna en la teoría de la gravedad de Einstein a grandes escalas cosmológicas, que dio lugar a variantes modificadas de la gravedad. la teoría. Mediciones recientes del Dark Energy Survey también parecen sugerir que la gravedad actúa de manera diferente a diferentes distancias cósmicas.
Zarrouk y sus colegas evaluaron la validez de las teorías modificadas de la gravedad analizando el primer año de datos del instrumento DESI sobre cómo se agrupan las galaxias a lo largo del tiempo. “ Los datos que recopilamos con DESI nos permiten medir patrones sutiles de agrupación de galaxias. Lo realmente emocionante es que podemos usar estos diagramas no sólo para medir qué tan rápido se está expandiendo el Universo, sino también para probar nuestra comprensión de la gravedad misma.
“, dice en un comunicado de prensa de la Universidad de Portsmouth Seshadri Nadathur, quien codirigió los nuevos análisis. Los resultados se detallan en una serie de estudios previos a su publicación en el servidor. arXiv.
El telescopio Mayall, que alberga el instrumento DESI. © KPNO/NOIRLab/NSF/AURA/R. Chispas (NSF NOIRLab)
Las predicciones de Einstein confirmadas hace 11 mil millones de años
DESI es un instrumento de observación de última generación instalado en el Telescopio Mayall en Arizona. Tiene 5.000 sensores de fibra óptica que pueden capturar la luz de 5.000 galaxias simultáneamente. El primer año de datos del instrumento incluye casi 6 millones de galaxias y quásares que abarcan hasta 11 mil millones de años en el pasado del Universo. En sólo un año de observación, DESI recopiló 3 veces más datos de los que serían posibles con instrumentos anteriores en 20 años. Estos estudios permitieron elaborar el mapa tridimensional más extenso y detallado del Universo hasta la fecha.
La cartografía permitió a los investigadores recopilar medidas exactas de la distribución de las galaxias en el Universo y la evolución de su expansión bajo el efecto de la gravedad a lo largo del tiempo. Más precisamente, los equipos midieron las oscilaciones acústicas bariónicas (BAO), que reflejan la forma en que se agrupan las galaxias. La expansión del Universo aleja a las galaxias unas de otras, mientras que la gravedad atenúa localmente este estiramiento agrupándolas. Así, las variaciones de la velocidad de expansión permitirían evaluar el efecto de la gravedad en grandes distancias cósmicas.
Los investigadores descubrieron que durante 11 mil millones de años, la forma en que se agrupan las galaxias es consistente con las predicciones de Einstein sobre la gravedad. Estos resultados confirmarían así la validez de la relatividad general en todas las escalas del Universo e impondrían un límite a las teorías alternativas propuestas para explicar las observaciones inesperadas relacionadas con su expansión. Las inesperadas observaciones incluyen la expansión acelerada del Universo, un fenómeno no predicho por las teorías clásicas de la gravedad.
Los datos de DESI también mostraron que la energía oscura no parece constante y cambia con el tiempo. Esto sugiere que el modelo cosmológico estándar sigue incompleto y que probablemente aún sea necesario descubrir otros fenómenos físicos.
Vídeo de simulación que muestra cómo la gravedad afecta la posición de las galaxias que observamos, cambiando la forma en que se agrupan en un mapa de galaxias. (© Colaboración de Claire Lamman y Michael Rashkovetskyi/DESI)
Masa más baja para los neutrinos
Los datos de DESI también proporcionaron nueva información sobre los neutrinos, las únicas partículas fundamentales cuyas masas aún no se han medido con precisión en el laboratorio. El límite superior de la masa combinada de los tres tipos de neutrinos sería menor de lo que se suponía anteriormente. Experimentos anteriores han demostrado que esta masa debería ser de al menos 0,059 eV/c². A modo de comparación, un electrón tiene una masa de aproximadamente 511.000 eV/c². Por otro lado, las mediciones DESI indican una masa de 0,071 eV/c² para los neutrinos.
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« Estas partículas elementales son partículas diminutas de masa muy pequeña, pero la fuerza de gravedad que producen colectivamente afecta la forma en que las galaxias se mueven y se agrupan en el espacio. “, explica Carlos Frenk de la Universidad de Durham y miembro del equipo DESI. “ El tamaño y la calidad sin precedentes del conjunto de datos DESI hicieron posible detectar este pequeño efecto, que resulta muy interesante para cosmólogos y físicos de partículas. », añade.
Los investigadores continúan analizando los primeros tres años de datos de DESI y planean presentar una actualización de las mediciones de energía oscura el próximo año. Estos datos deberían permitir cartografiar alrededor de 40 millones de galaxias y quásares.
Vídeo de 360 grados que muestra interactivamente millones de galaxias mapeadas utilizando datos DESI
(©Ccolaboración Fiske Planetarium, CU Boulder y DESI)
