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Astrofísicos demuestran que la energía oscura se está fortaleciendo en el tiempo


Utilizando datos del Observatorio de rayos X Chandra de la NASA y la nave espacial XMM-Newton de la ESA, los astrónomos han encontrado evidencia de que una fuerza invisible llamada energía oscura, que se cree que es constante en todo el cosmos, puede fortalecerse con el tiempo. Este resultado podría obligar a los astrónomos a reexaminar su comprensión fundamental de la historia cosmológica y la estructura del Universo.

La ilustración en la parte superior ayuda a explicar cómo los astrónomos rastrearon los efectos de la energía oscura hasta aproximadamente mil millones de años después del Big Bang al determinar las distancias a los quásares, los agujeros negros de rápido crecimiento que brillan extremadamente fuerte. Dos de los quásares más distantes estudiados se muestran en las imágenes de Chandra en las inserciones.

El Modelo de la Física Oscura
De acuerdo con el escenario principal, nuestro Universo contiene solo un pequeño porcentaje de materia ordinaria. Una cuarta parte del cosmos está hecha de materia oscura "escurridiza", que podemos sentir gravitacionalmente pero no observamos, y el resto consiste en la aún más misteriosa energía oscura, descubierta por primera vez hace unos 20 años, que está impulsando la actual expansión acelerada del Universo.

Este modelo se basa en una multitud de datos recopilados durante las últimas dos décadas, de la Radiación de fondo de microondas (CMB), la primera luz en la historia del cosmos que fue liberada solo 380,000 años después del Big Bang y observada con un detalle sin precedentes por la misión Planck de la ESA.

Las últimas observaciones incluyen explosiones de supernovas, cúmulos de galaxias y la distorsión gravitacional impresa por la materia oscura en galaxias distantes, y pueden usarse para rastrear la expansión cósmica en las últimas épocas de la historia cósmica, en los últimos 9 mil millones de años.

El Estudio
El nuevo estudio apunta a otro tipo de trazador cósmico (los quásares) que llenaría parte de la información faltante entre estas observaciones, midiendo la expansión del Universo hasta hace 12 mil millones de años.

La nueva técnica utiliza datos de rayos ultravioleta (UV) y rayos X para estimar las distancias del quásar.

En los quásares, un disco de materia alrededor del agujero negro supermasivo en el centro de una galaxia produce luz UV. Algunos de los fotones UV chocan con los electrones en una nube de gas caliente por encima y por debajo del disco, y estas colisiones pueden aumentar la energía de la luz UV hasta las energías de rayos X.

Esta interacción provoca una correlación entre las cantidades de radiación UV y rayos X observadas. Esta correlación depende de la luminosidad del quásar, que es la cantidad total de radiación que produce.

Usando esta técnica, los quásares se convierten en velas estándar. Una vez que se conoce la luminosidad, la distancia a los quásares se puede calcular a partir de la cantidad observada de radiación.

El descubrimiento
Los investigadores compilaron datos de UV de 1,598 quásares para derivar una relación exacta entre los flujos de rayos X y UV y las distancias a los quásares.

Luego utilizaron esta información para estudiar la tasa de expansión del Universo a tiempos muy tempranos, y encontraron evidencia de que la cantidad de energía oscura está creciendo con el tiempo.

"Dado que esta es una nueva técnica, tomamos medidas adicionales para demostrar que este método nos brinda resultados confiables", dijo la coautora, la Dra. Elisabeta Lusso, astrónoma de la Universidad de Durham.

"Demostramos que los resultados de nuestra técnica coinciden con los de las mediciones de supernovas en los últimos 9 mil millones de años, lo que nos da confianza de que nuestros resultados son confiables incluso en épocas anteriores".

La Dra. Lusso y su colega, el Dr. Guido Risaliti, de la Universidad de Florencia, también tuvieron mucho cuidado en la forma en que seleccionaron los quásares, para minimizar los errores estadísticos y evitar errores sistemáticos que pudieran depender de la distancia de la Tierra al objeto que se estudia.

Conclusiones
Si se confirma, este resultado implicaría que en realidad la energía oscura no es la constante cosmológica.

También podría ayudar a resolver un desajuste continuo entre la medición de la constante de Hubble, la tasa de expansión del Universo, basada en indicadores locales y la medición basada en la Radiación de fondo de microondas.

Usando observaciones de supernovas, los astrónomos informaron previamente que el Universo parece estar expandiéndose más rápido ahora de lo que se esperaba desde su trayectoria vista poco después del Big Bang, cuando se produjo la Radiación de fondo de microondas.

“Algunos científicos sugirieron que podría ser necesaria una nueva física para explicar esta discrepancia, incluida la posibilidad de que la energía oscura esté creciendo en fuerza. Nuestros nuevos resultados están de acuerdo con esta sugerencia", dijo el Dr. Risaliti.

Crédito de la imagen:
NASA / CXC / M. Weiss; Rayos X - NASA / CXC / Universidad de Florencia / G. Risaliti & E. Lusso.

Referencia del documento científico:
G. Risaliti y E. Lusso. Restricciones cosmológicas del diagrama de Hubble de los quásares con alto desplazamiento al rojo. Nature Astronomy, volumen 3, páginas 272–277 (2019); doi: 10.1038 / s41550-018-0657-z

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