Los astrofísicos acaban de contar toda la materia oscura y la energía oscura en el universo

Un nuevo análisis de más de 1.500 supernovas ha puesto nueva precisión en las mediciones de la materia oscura y la energía oscura que impregnan nuestro universo.

Según la investigación, alrededor de dos tercios del cosmos (66,2 %) está compuesto de energía oscura y el tercio restante (33,8 %) está compuesto de materia. Casi toda la materia es lo que se llama “oscura”, lo que significa que en realidad no podemos verla; solo sabemos que está ahí porque podemos medir sus efectos gravitacionales. La materia normal que podemos tocar y ver constituye menos del 5% del universo. El análisis del equipo, llamado Pantheon+, se publica hoy en The Astrophysical Journal.

Los resultados tienen implicaciones para las mediciones de los astrofísicos de la constante de Hubble, el número que describe la tasa de expansión del universo. Este número ha sido durante mucho tiempo un rompecabezas, porque cambia significativamente dependiendo de si se mide localmente o en una escala cósmica.

“Hemos identificado la energía oscura con más precisión que nunca en la teoría principal, la constante cosmológica, lo que sugiere que el universo se comporta de la manera que puede explicarse con la teoría más simple”, dijo Dillon Brout, astrofísico y miembro del Centro. de Astrofísica | Harvard & Smithsonian y autor principal del artículo. “En principio, esto es genial, sin embargo, nuestro mismo conjunto de datos también lleva la tensión del Hubble a un nuevo nivel”. Más sobre esa tensión en un momento.

La materia es todo lo que hay en el universo; la materia oscura es la masa no contabilizada en el universo que no podemos observar directamente pero que se evidencia en sus efectos gravitatorios. Los candidatos a materia oscura incluyen axiones, WIMP y otras partículas subatómicas ; también podría ser una combinación de estas masas teorizadas, o algo completamente diferente. La energía oscura (denominada de manera similar porque no sabemos exactamente qué la constituye) es lo que impulsa la expansión acelerada del universo.

Pantheon+ analizó la tasa de expansión del universo utilizando supernovas de tipo Ia, las violentas explosiones que marcan el final de la vida de las estrellas. Los astrofísicos pueden usar el brillo aparente y el corrimiento al rojo de estas supernovas para calcular qué tan rápido se ha expandido el universo durante diferentes períodos de su existencia.

Pantheon+ se basa en Pantheon, en sí mismo un análisis de unas 1000 supernovas. El nuevo trabajo es el doble de preciso que los datos originales de Pantheon. El equipo también combinó sus resultados de Pantheon+ con mediciones de la estructura del universo y su luz más antigua, el fondo cósmico de microondas.

Las supernovas de tipo Ia son algunos de los eventos más brillantes del universo y pueden eclipsar galaxias enteras. Algunas de estas supernovas ocurrieron en un universo muy distante, lo que significa que están más desplazadas hacia el rojo. A medida que el universo se expande, estira la luz que viaja a través de él; cuando la luz llega a la Tierra, se ve más roja (con una longitud de onda más larga) que cuando se emitió.

El equipo combinó los datos de Pantheon+ con datos de SH0ES, una colaboración que utiliza datos de supernovas para calcular la constante local de Hubble, o qué tan rápido parece expandirse el universo . En conjunto, los datos arrojaron una constante de 45,61 millas (73,4 km) por segundo por megaparsec. Esto aún difiere de la constante de Hubble que se calcula utilizando el fondo cósmico de microondas, la luz más antigua del universo. Esta discrepancia entre las mediciones locales y distantes es a lo que Brout se refirió como la “tensión de Hubble”.

El nuevo hallazgo aumenta la certeza en torno a la tensión a un umbral de 5 sigma, lo que significa que solo hay una posibilidad entre un millón de que la discrepancia de larga data en las mediciones constantes de Hubble sea simplemente una casualidad.

Los datos de Pantheon+ cubren lo que Brout describe como el universo “tardío”, lo que significa que las supernovas incluidas en el análisis datan de hace unos 10 000 millones de años hasta el presente. Algunas teorías actuales sobre cómo cerrar la brecha entre los dos números de Hubble implican examinar la física más antigua del universo, utilizando fuentes de luz como las vistas por el Telescopio Espacial Webb .

Afortunadamente, dijo Brout, hay instrumentos en el horizonte que “darán paso a un maremoto de supernovas, que empequeñecerá la muestra actual de Pantheon+”. Los principales son la cámara Vera Rubin LSST ( que Gizmodo visitó en octubre pasado y se completará a principios de 2023) y el telescopio espacial Nancy Grace Roman de la NASA, que se espera que se lance a mediados de la década de 2020.

Para la medición de la constante de Hubble, sería de gran ayuda capturar datos sobre una supernova cercana, lo que significa esperar a que muera una estrella cercana. Si eso sucede, la nueva tecnología como el telescopio Webb puede generar rápidamente una imagen en las longitudes de onda infrarroja e infrarroja cercana. Esas medidas ayudarán a los científicos a entender cómo el polvo que rodea a las supernovas puede causar errores en los cálculos astrofísicos, mejorando así la precisión de las medidas constantes de Hubble.

Investigaciones como esta deberían acercarnos a descifrar finalmente el misterio de la energía oscura y la materia oscura, aunque por ahora, todavía no entendemos mucho.