El telescopio espacial europeo Euclid está iniciando una nueva era en los estudios del ‘Universo oscuro’

El universo se está expandiendo demasiado rápido. ¿O lo hace demasiado lento? O tal vez su expansión sea simplemente un avance constante y siniestro hacia una nada lejana y lejana. Los cosmólogos han luchado con estas posibilidades claramente diferentes durante generaciones. Ahora, por fin, la verdad puede estar a la vista.

Sabemos que el universo se está expandiendo y, gracias a un trabajo que ganó el Premio Nobel de Física en 2011, una misteriosa “energía oscura” parece estar acelerando esta expansión. “Necesitábamos una fuerza que fuera responsable de esta aceleración”, afirma Mathilde Jauzac, astrofísica de la Universidad de Durham en Inglaterra. Tanto la energía oscura como la supuesta pero invisible materia oscura representarían alrededor del 95 por ciento de la masa y energía total del universo. Pero este “sector oscuro” del universo sigue siendo profundamente misterioso y no hay evidencia directa de su existencia. Ahora, un nuevo telescopio está preparado para sondear esta nada turbia como nunca antes con la esperanza de ofrecer la visión más clara hasta el momento sobre las mismas condiciones que formaron el cosmos tal como lo conocemos y vislumbrar el destino que nos espera a todos.

El 1 de julio, alrededor de las 11 a. m. EDT, el telescopio Euclid de la Agencia Espacial Europea (ESA) se lanzará desde Florida en un cohete SpaceX Falcon 9. La misión de 1.500 millones de dólares ha pasado por momentos difíciles últimamente. Se suponía que Euclid despegaría el año pasado en un cohete ruso Soyuz, pero tras la invasión rusa de Ucrania, la ESA canceló el lanzamiento y puso fin a sus colaboraciones con Rusia. “Estábamos realmente varados”, dice Giuseppe Racca, director del proyecto Euclid en la ESA. Dado que un nuevo cohete europeo, el Ariane 6, enfrentaba retrasos, la ESA recurrió a SpaceX y su Falcon 9. Y aunque el telescopio es el mismo que estaba listo para volar en Soyuz en 2022, se necesitaba trabajo adicional para respaldar el cambio a un nuevo vehículo de lanzamiento. “No éramos inmediatamente compatibles con el Falcon 9”, dice Racca. Finalmente, se superó el obstáculo y Euclides estaba listo para el lanzamiento.

Eso es música para los oídos de los cosmólogos. “Estamos muy entusiasmados”, dice Jauzac. Tras el lanzamiento, Euclid tardará un mes en viajar al segundo punto de Lagrange de la Tierra, o L2, un punto de estabilidad gravitacional a 1,5 millones de kilómetros de nuestro planeta, mucho más allá de la órbita de la Luna. (L2 es también donde reside el Telescopio Espacial James Webb.) Aquí comenzará una misión de seis años para estudiar un tercio del cielo, durante la cual tomará imágenes de unos 10 mil millones de galaxias, mirando hacia atrás hasta 10 mil millones de años en el cielo. la historia de 13.800 millones de años del universo. Gracias al amplio campo de visión de Euclid, a sólo dos días de comenzar sus operaciones científicas, habrá observado más universo que el Telescopio Espacial Hubble desde su lanzamiento hace más de 30 años.

Al observar tanto en luz visible como en luz infrarroja cercana, Euclid no sólo tomará imágenes de galaxias sino que también medirá con precisión la edad de unos 30 millones de ellas separando su luz en una técnica llamada espectroscopia. El objetivo de la misión es producir un mapa de estas galaxias en todo el universo y sondear sus formas aparentes, que pueden ser deformadas por el espacio intercalado lleno de materia oscura por el que ha viajado su luz. “Medimos las distorsiones en las imágenes de estas galaxias distantes para ver cuál es la distribución de la materia oscura”, dice René Laureijs, científico del proyecto Euclid en la ESA.

Un beneficio adicional de esto será otro mapa, una contabilidad precisa de la distribución tridimensional de las galaxias en todo el universo. Ese mapa, dice Laureijs, “nos dirá cómo ha evolucionado la estructura a lo largo del tiempo desde hace 10 mil millones de años hasta ahora”. Ver cómo esta estructura ha cambiado con el tiempo dará una medida de la expansión del universo, lo que podría ayudar a precisar la naturaleza de la energía oscura. Uno de los principales candidatos se remonta a una posibilidad postulada por Albert Einstein en 1917 como una “solución” matemática a su teoría general de la relatividad. Para evitar que el universo colapsara en sus ecuaciones, añadió lo que consideraba una solución torpe: una “constante cosmológica” para contrarrestar los efectos de la gravedad y asegurar un cosmos estático. “Einstein no se sintió cómodo al respecto”, dice Ofer Lahav, astrofísico del University College de Londres. El propio Einstein llamó a la constante cosmológica su “mayor error”.

Un siglo después, ese error parece una predicción inquietantemente profética de la energía oscura. Su valor exacto, conocido como w, sigue siendo una cuestión abierta. El modelo más simplista dice w es –1, lo que significa que el universo seguirá expandiéndose a un ritmo constantemente acelerado para siempre. Pero si el valor se desvía ligeramente, podría apuntar a un universo que se acelerará exponencialmente y eventualmente se desgarrará, o uno que eventualmente se desacelerará y colapsará sobre sí mismo. “Si w es igual a –1, eso es básicamente energía oscura aburrida que es simplemente constante”, dice Cora Uhlemann, cosmóloga de la Universidad de Newcastle en Inglaterra. Euclides, sin embargo, puede encontrar lo contrario y posiblemente podría medir el valor de w como fluctuando en el tiempo desde el universo primitivo. “Es fundamental para nuestra comprensión de la física”, dice Lahav. “Realmente tenemos que concretarlo”.

Esto ya ha sido insinuado por la constante de Hubble, una medida de qué tan rápido parece expandirse el universo. En el llamado universo local que hoy nos rodea, esto se calcula en unos 73 kilómetros por segundo por megaparsec (es decir, por cada 3,26 millones de años luz). Pero en el universo distante, esa tasa de expansión parece caer a un valor de aproximadamente 67. Esta “tensión del Hubble” es uno de los dominios más activos y polémicos de toda la cosmología, y misiones como Euclides podrían contribuir en gran medida a resolverla. . “Espero que podamos resolver esta tensión”, dice Laureijs. Otros estudios de campo amplio del cielo que comenzarán pronto ayudarán a Euclid en su tarea de comprender tanto la energía oscura como la materia oscura, así como la naturaleza misma y el destino final del universo. En la Tierra, el Observatorio Vera C. Rubin en Chile comenzará pronto su propio Estudio Legado del Espacio y el Tiempo (LSST), mientras que el próximo Telescopio Espacial Romano Nancy Grace de la NASA está programado para lanzarse ya en 2026 en una misión sorprendentemente similar a la de Euclides. Roman, sin embargo, podrá mirar más adentro del universo (aunque a través de una porción más pequeña de cielo). Y como proyecto paralelo, también demostrará tecnologías para obtener imágenes directas de exoplanetas.

Euclides también podrá realizar algunas ciencias secundarias. Ranga-Ram Chary, del Instituto de Tecnología de California, dirige una de las tres investigaciones realizadas en Estados Unidos que utilizan el telescopio. El proyecto empleará a Euclid para examinar el gas en algunas de las primeras galaxias que verá. “Mediante el estudio [a galaxy’s gas]”Queremos entender cuántas estrellas se están formando, en qué medida está enriquecida la galaxia y cuáles son las condiciones físicas”, afirma. Otra posibilidad podría ser utilizar el telescopio para ayudar a Roman en su ciencia de exoplanetas, proporcionando observaciones complementarias de las estrellas de nuestra galaxia para buscar el tirón gravitacional de los planetas, o incluso las lunas que orbitan algunos de estos planetas, conocidas como exolunas. “Crucemos los dedos para obtener esos datos”, dice Eamonn Kerins, científico de exoplanetas de la Universidad de Manchester en Inglaterra y líder del Grupo de Trabajo Científico de Exoplanetas Euclid, quien predice que podría mejorar algunos de los datos de exoplanetas de Roman en un factor de cinco. .

El objetivo principal es, por supuesto, iluminarnos sobre el universo oscuro. Durante décadas los astrónomos se han preguntado cómo creció y tomó forma el cosmos y cuál será su destino final. Gracias a Euclides, deberíamos estar más cerca que nunca de responder esas preguntas. “Euclides es absolutamente único”, dice Jauzac. “Transformará completamente nuestra visión de la cosmología”.