Ilustración de alta resolución de la nave espacial Euclid y Roman contra un fondo estrellado. Crédito: Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA, laboratorio de medios ESA/ATG
Un nuevo telescopio espacial llamado Euclid, una misión de la ESA (Agencia Espacial Europea) con una importante contribución de la NASA, está programado para ser lanzado en julio para investigar por qué se está acelerando la expansión del universo. Los científicos llaman a la causa desconocida de esta aceleración cósmica “energía oscura”. Para mayo de 2027, el telescopio espacial romano Nancy Grace de la NASA se unirá a Euclid para explorar este misterio de formas nunca antes posibles.
“Veinticinco años después de su descubrimiento, la expansión acelerada del universo sigue siendo uno de los misterios más apremiantes de la astrofísica”, dijo Jason Rhodes, científico principal del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en el sur de California. Rhodes es el científico asociado del proyecto Roman y el director científico de Euclid en los EE. UU. “Con estos próximos telescopios, podremos medir la energía oscura de diferentes maneras y con mucha mayor precisión que antes, abriendo una nueva era en la exploración de este misterio”.
Los científicos no están seguros de si la expansión acelerada del universo se debe a un componente energético adicional o si indica que nuestra comprensión de la gravedad necesita algún cambio. Los astrónomos utilizarán Roman y Euclid para probar ambas teorías simultáneamente, y los científicos esperan que ambas misiones descubran información importante sobre el funcionamiento fundamental del universo.
Euclid y Roman se dedican al estudio de la aceleración cósmica, pero utilizando estrategias distintas y complementarias. Ambas misiones crearán mapas 3D del universo para responder preguntas fundamentales sobre la historia y la estructura del universo. Juntos serán mucho más poderosos que solos.
Euclid observará un área de cielo mucho más grande, alrededor de 15,000 grados cuadrados, o alrededor de un tercio del cielo, tanto en luz infrarroja como óptica, pero con menos detalle que la romana. Retrocederá 10 mil millones de años cuando el universo tenía unos 3 mil millones de años.
El estudio más grande del núcleo romano podrá explorar el universo con mucha mayor profundidad y precisión, pero en un área más pequeña: unos 2.000 grados cuadrados, o una vigésima parte del cielo. Su visión infrarroja revelará el cosmos cuando tenía 2.000 millones de años, revelando un mayor número de galaxias más débiles. Mientras que Euclid se centrará únicamente en la cosmología, Roman también explorará galaxias cercanas, encontrará y estudiará planetas en toda nuestra galaxia, estudiará objetos en las afueras de nuestro sistema solar y mucho más.
La caza de la energía oscura
El universo se ha estado expandiendo desde su nacimiento, un hecho descubierto por el astrónomo belga Georges Lemaître en 1927 y Edwin Hubble en 1929. Sin embargo, los científicos esperaban que la gravedad de la materia del universo ralentizara gradualmente esta expansión. En la década de 1990, al observar un tipo particular de supernova, los científicos descubrieron que hace unos 6 mil millones de años, la energía oscura comenzó a aumentar su influencia en el universo, y nadie sabe cómo ni por qué. El hecho de que se esté acelerando significa que falta algo fundamental en nuestra imagen del cosmos.
Roman y Euclid entregarán flujos separados de nuevos datos convincentes para llenar los vacíos en nuestra comprensión. Intentarán determinar la causa de la aceleración cósmica de varias maneras diferentes.
Primero, tanto Roman como Euclid estudiarán la acumulación de materia usando una técnica llamada lente gravitacional débil. Este fenómeno de curvatura de la luz ocurre porque cualquier cosa que tenga masa deforma la estructura del espacio-tiempo; cuanto mayor es la masa, mayor es la deformación. Las imágenes de fuentes distantes producidas por la luz que pasa a través de estas deformaciones también aparecen distorsionadas. Cuando estos objetos de “lente” más cercanos son galaxias masivas o cúmulos de galaxias, las fuentes de fondo pueden aparecer borrosas o crear múltiples imágenes.
Una masa menos concentrada, como grumos de materia oscura, puede crear efectos más sutiles. Al estudiar estas distorsiones más pequeñas, Roman y Euclid crearán un mapa 3D de materia oscura. Esto proporcionará pistas sobre la aceleración cósmica a medida que la atracción gravitacional de la materia oscura, actuando como el pegamento cósmico que mantiene unidas a las galaxias y los cúmulos de galaxias, contrarresta la expansión del universo. Contar la materia oscura del universo a lo largo del tiempo cósmico ayudará a los científicos a comprender mejor qué impulsa la aceleración cósmica.
Ambas misiones también estudiarán cómo se unieron las galaxias en diferentes épocas cósmicas. Con base en las mediciones del universo cercano, los científicos han detectado un patrón de agrupamiento de galaxias. Para cualquier galaxia actual, la probabilidad de encontrar otra galaxia a unos 500 millones de años luz de distancia es aproximadamente el doble que un poco más cerca o más lejos.
Esta infografía compara muchos elementos clave de las naves espaciales Euclid de la ESA y Roman de la NASA. Los dos trabajarán de forma complementaria para arrojar luz sobre algunos de los elementos más misteriosos del universo. Crédito: Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA
Esta distancia aumentó con el tiempo como resultado de la expansión del espacio. Mirando más lejos en el universo, a tiempos cósmicos anteriores, los astrónomos pueden estudiar las distancias preferidas entre las galaxias en diferentes épocas. Ver cómo ha cambiado revelará la historia de la expansión del universo. Observar cómo cambia la agrupación de galaxias con el tiempo también proporcionará una prueba precisa de la gravedad. Esto ayudará a los astrónomos a distinguir entre un componente de energía desconocido y varias teorías modificadas de la gravedad como explicación de la aceleración cósmica.
Roman llevará a cabo investigaciones adicionales para descubrir muchas supernovas distantes de Tipo Ia, un tipo especial de estrella en explosión. Estas explosiones alcanzan su punto máximo con un brillo intrínseco similar. Debido a esto, los astrónomos pueden determinar qué tan lejos están las supernovas simplemente midiendo su brillo.
Los astrónomos utilizarán a Roman para estudiar la luz de estas supernovas y averiguar qué tan rápido parecen alejarse de nosotros. Al comparar qué tan rápido retroceden a diferentes distancias, los científicos rastrearán la expansión del cosmos a lo largo del tiempo. Esto nos ayudará a comprender mejor si la energía oscura ha cambiado y cómo ha cambiado a lo largo de la historia del universo.
Una pareja poderosa
Las encuestas de las dos misiones se superpondrán, y es probable que Euclid vigile toda el área que Roman escaneará. Esto significa que los científicos podrán usar los datos más sensibles y precisos de Roman para aplicar correcciones a Euclid y extender las correcciones a un área mucho más grande de Euclid.
“La primera mirada de Euclid a la amplia extensión del cielo que explorará proporcionará conocimientos científicos, analíticos y de investigación sobre el enfoque de inmersión más profunda de Roman”, dijo Mike Seiffert, científico del proyecto a cargo de Euclid Contribution de la NASA en el Jet Propulsion Laboratory de la NASA.
“Juntos, Euclid y Roman suman mucho más que la suma de sus partes”, dijo Yun Wang, científico senior de Caltech/IPAC en Pasadena, California, quien dirigió los grupos de investigación de galaxias tanto para Euclid como para Roman. “La combinación de sus observaciones les dará a los astrónomos una mejor idea de lo que realmente está sucediendo en el universo”.
Proporcionado por el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA