UNIVERSIDAD DE BARCELONA

– La investigación se basa en las oscilaciones acústicas de bariones

Un equipo de astrónomos del proyecto internacional ha empleado 140.000 cuásares distantes para medir el ritmo de expansión del Universo en el momento en que su edad era la cuarta parte de la actual (el Universo tiene ahora 13.800 millones de años). En este trabajo, que establece la medida más precisa del ritmo de expansión del Universo a lo largo de los últimos 13.000 millones de años, han participado Andreu Font Ribera, doctorado por la UB y ahora investigador posdoctoral en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (LBNL) de los Estados Unidos, y Jordi Miralda, investigador ICREA del Instituto de Ciencias del Cosmos de la UB (ICCUB). La medida precisa del ritmo de expansión del Universo en diferentes etapas de su historia es importante para dilucidar las propiedades de la energía oscura del Universo, responsable de la actual aceleración del ritmo de expansión.

El Baryons Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS), que es uno de los principales programas de observación del tercer proyecto Sloan Digital Sky Survey (SDSS-III), es pionero en la técnica para medir la estructura del Universo lejano a partir de la observación de los cuásares, los objetos más brillantes del cosmos que permiten detectar la materia intergaláctica, aquella que ha quedado distribuida por el espacio entre las galaxias. Las nuevas observaciones basadas en BOSS se han presentado durante la reunión de la Sociedad Americana de Física, celebrada recientemente en la ciudad de Savannah (Estados Unidos).

Conocer la evolución del Universo con los cuásares

La luz emitida por los cuásares, unos objetos astronómicos que pueden observarse a miles de millones de años luz de la Tierra gracias a su gran luminosidad, atraviesa nubes de gas de materia intergaláctica, compuesta mayoritariamente por hidrógeno. El análisis de los patrones de absorción del hidrógeno que intercepta la luz de los cuásares en su viaje hacia nosotros es una nueva metodología para medir la estructura a gran escala del Universo.

Los resultados de la investigación combinan dos metodologías diferentes basadas en el uso de los cuásares y el gas intergaláctico para medir el ritmo de expansión del Universo. El primer análisis, llevado a cabo por Andreu Font Ribera y sus colaboradores, compara la distribución espacial de cuásares con la del gas hidrógeno para medir distancias en el Universo. El segundo trabajo, liderado por Timothée Delubac, del Centro de Saclay (Francia), se centra en los patrones de absorción del gas hidrógeno para medir la distribución de masa en el Universo joven. Los dos análisis del equipo BOSS establecen que hace 10.800 millones de años, el Universo —que entonces tenía una edad de sólo 3.000 millones de años— se expandía a lo largo de cada uno de los tres ejes del espacio a un ritmo de un 1% por cada 44 millones de años.

Cuando las galaxias estaban más cerca

Tal como comenta el profesor Jordi Miralda, «la expansión del Universo significa que las galaxias se alejan unas de otras, como si el espacio se estirara como una goma por todas partes». Asimismo, «cuando observamos galaxias o nubes de gas muy lejanos, los vemos en el pasado del universo debido al tiempo que tarda la luz para llegar hasta nosotros».

«Si miramos el Universo en su pasado, cuando las galaxias estaban tres veces más cerca de lo que están hoy en día, vemos que un par de galaxias separadas por un millón de años luz entre sí se alejaban una de la otra a una velocidad de 68 kilómetros por segundo a medida que se expandía el Universo», detalla el experto Andreu Font Ribera.

Delubac explica: «Hemos medido el ritmo de expansión del Universo lejano con una precisión sin precedentes del 2%». Conocer los parámetros de expansión del Universo a lo largo de su evolución es clave para determinar la naturaleza de la energía oscura que provoca la expansión acelerada del Universo durante los últimos 6.000 millones de años. «La medida de la expansión del Universo cuando su edad era solo la cuarta parte de la actual nos da una referencia para compararla con las medidas de expansión de la época más reciente, en que la energía oscura se ha establecido como fuerza dominante», afirma Delubac.

Ondas acústicas del Universo primitivo

Para determinar el ritmo de expansión del Universo, BOSS ha utilizado las llamadas oscilaciones acústicas de bariones (BAO), que son ondas de sonido que provienen del universo primitivo y que dejaron una huella en la forma en que la materia está distribuida por el espacio. Esta huella es visible en la distribución de galaxias, cuásares e hidrógeno intergaláctico en el Cosmos. Según explica Jordi Miralda, «estas ondas de sonido se propagaban a través de la materia intergaláctica y, cuando el Universo tenía solo unos 400.000 años de edad, dejaron un exceso de materia a una distancia fija y conocida de los lugares donde más tarde se formaron galaxias, cuásares, y nubes de gas». «Es —añade— como si alrededor de cada objeto hubiera un anillo de tamaño conocido donde hay un exceso de materia, y eso es lo que permite medir el ritmo de expansión del universo con gran precisión».

Como explica David Schlegel, del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley e investigador principal de BOSS, la precisión de las mediciones ha avanzado notablemente: «Hace tres años, BOSS empleó 14.000 cuásares para demostrar que se podía elaborar el mapa en 3D más grande que se haya hecho nunca del Universo. Hace dos años, con 48.000 cuásares, pudimos detectar oscilaciones acústicas de bariones en estos mapas. Ahora, con más de 140.000 cuásares, hemos realizado medidas de gran precisión de oscilaciones acústicas de bariones».