pone a prueba la teoría del Big Bang (mesa redonda de Kavli)
La Cámara de Energía Oscura está montada en el telescopio Victor Blanco, representado aquí con otros telescopios en el Observatorio Interamericano Cerro Tololo en Chile. Crédito de la imagen: Fermilab
Por Adam Hadhazy, para Space.com | 2 de noviembre de 2017
La visión que prevalece del universo acaba de pasar una nueva prueba rigurosa, pero los misterios de la materia oscura y la energía oscura siguen frustrantemente sin resolver.
Un nuevo mapa cósmico se dio a conocer en agosto, trazando donde la misteriosa sustancia llamada materia oscura se agrupa en todo el universo. Para alivio inmenso, y frustración, el mapa es justo lo que los científicos esperaban. La distribución de la materia oscura concuerda con nuestra comprensión actual de un universo nacido con ciertas propiedades en un Big Bang, hace 13.800 millones de años.
Pero a pesar de todo el poder de confirmación del mapa, todavía nos dice poco acerca de la verdadera identidad de la materia oscura, que actúa como un andamio invisible para las galaxias y la estructura cósmica. Tampoco explica un factor aún más grande que da forma al cosmos, conocido como energía oscura, una fuerza enigmática que aparentemente empuja al universo a una velocidad cada vez mayor. De manera tentadora, sin embargo, una pequeña discrepancia entre los nuevos hallazgos y las observaciones previas del universo primitivo podría abrir la puerta para una nueva física.
Para discutir estos temas, la Fundación Kavli recurrió a tres científicos involucrados en la creación de este nuevo mapa cósmico, compilado por Dark Energy Survey.
Los participantes fueron:
SCOTT DODELSON: es cosmólogo y jefe del Departamento de Física de la Universidad Carnegie Mellon. Es uno de los principales científicos detrás del nuevo mapa de estructura cósmica del Dark Energy Survey, en el que trabajó en el Fermi National Accelerator Laboratory y como profesor en el Instituto Kavli de Física Cosmológica de la Universidad de Chicago.
RISA WECHSLER - es profesora asociada de física en la Universidad de Stanford y del Laboratorio Nacional de Aceleradores de SLAC, así como miembro del Instituto Kavli de Astrofísica de Partículas y Cosmología. Un fundador de Dark Energy Survey, Wechsler también está involucrado en dos proyectos de próxima generación que profundizarán aún más en el universo oscuro.
GEORGE EFSTATHIOU - es profesor de astrofísica y ex director del Instituto Kavli de Cosmología de la Universidad de Cambridge. Junto con su trabajo en el Dark Energy Survey, Efstathiou es un líder del equipo de ciencia para la nave espacial Planck de la Agencia Espacial Europea, que entre 2009 y 2013 creó un mapa detallado del universo primitivo.
La siguiente es una transcripción editada de su discusión de mesa redonda. A los participantes se les ha brindado la oportunidad de enmendar o editar sus comentarios.
LA FUNDACIÓN KAVLI: The Dark Energy Survey acaba de confirmar que la materia tal como la conocemos constituye solo el cuatro por ciento del universo. Eso significa que el 96 por ciento es algo que no podemos ver ni tocar, y prácticamente no tenemos idea de lo que realmente es. ¿Por qué estos nuevos hallazgos en realidad son buenas noticias?
RISA WECHSLER: Parece muy extraño que los resultados sean buenas noticias, ¿verdad? Hace cuarenta años, nadie hubiera adivinado que aparentemente vivimos en un universo en el que la mayor parte del asunto es algo que no interactúa con nosotros, ¡y la mayor parte de la energía ni siquiera es materia! Todavía es súper alucinante.
La investigación de Risa Wechsler utiliza modelos de computadora y simulaciones numéricas para registrar la evolución del universo desde el Big Bang hasta el presente. Crédito de la imagen: Risa Wechsler
Pero seguimos haciendo mediciones cada vez más precisas del universo, y ahí es donde entran los resultados de la Encuesta de Energía Oscura. Son las medidas más precisas de la densidad de la materia y cómo se agrupa en el universo local. En el pasado, hemos medido la densidad de la materia en el universo joven y distante. Así que Dark Energy Survey realmente nos permite poner a prueba nuestra comprensión de la evolución del universo, que hemos formalizado como el modelo estándar de la cosmología Big Bang (Ver la barra lateral a continuación: "Una receta cósmica"
, de una manera totalmente nueva.
Aún así, es posible que tengamos algo mal.
SCOTT DODELSON: Estos datos, junto con mediciones precisas tomadas por otros proyectos, podrían comenzar a mostrar pequeños indicios de desacuerdo o tensión, como lo llamamos, con nuestra comprensión actual de cómo comenzó el universo y ahora se está expandiendo a velocidades crecientes.
Scott Dodelson se centra en la intersección de la cosmología y la astrofísica de partículas, donde las estructuras cósmicas más grandes finalmente surgen debido al comportamiento de las partículas más pequeñas de materia y materia oscura. Crédito de la imagen: Scott Dodelson
Como Risa acaba de decir, no estamos seguros de que nuestra forma actual de pensar sea correcta porque básicamente nos obliga a inventar cosas, a saber, la materia oscura y la energía oscura. Podría ser que realmente estamos a solo un mes de una revolución científica que trastorne toda nuestra comprensión sobre la cosmología y no requiera estas cosas. (Fotos increíbles de la Cámara de Energía Oscura en Chile)
GEORGE EFSTATHIOU: Esas mediciones de la materia y la energía en el universo joven y distante al que Risa se refirió se obtuvieron hace unos años, cuando un programa diferente llamado Planck observó la radiación reliquia del Big Bang, que llamamos el microondas cósmico fondo. Aunque las mediciones de la nave espacial Planck apoyan el modelo del que estamos hablando, uno siempre se siente incómodo al postular cosas, como la materia oscura y la energía oscura, que no se han observado. Es por eso que Dark Energy Survey es muy importante: puede poner a prueba rigurosamente nuestro conocimiento sobre el nacimiento del universo al compararlo con la estructura actual del universo moderno y joven.
TKF: The Dark Energy Survey se inició hace cuatro años, por lo que has estado esperando mucho tiempo para que estos resultados entren. ¿Cuál fue tu reacción inicial?
DODELSON: Fue la experiencia más sorprendente de mi carrera científica. El 7 de julio de 2017, una fecha que siempre recordaré, tuvimos 50 personas que se unieron a una conferencia telefónica. Nadie sabía qué iban a decir los datos porque estaban cegados, lo que evita que los resultados se conviertan en algo que "quieres" que sean. Luego, uno de los líderes del análisis de lentes, Michael Troxel, ejecutó un script de computadora sobre los datos, lo desenterró y compartió su pantalla con todos los que estaban en la llamada. Todos tenemos que ver nuestros resultados en comparación con los de Planck. Estaban en tan cercano acuerdo, independientemente el uno del otro. Todos nos quedamos sin aliento y luego aplaudimos.
WECHSLER: Yo estaba en esa conferencia telefónica también. Fue realmente emocionante. He estado trabajando en esta encuesta desde que escribimos la primera propuesta en 2004, por lo que se sintió como una culminación.
TKF: en 2013, Planck nos dio una imagen del universo "bebé" muy precisa. Ahora tenemos una imagen muy precisa del universo en una época posterior. George, fuiste un líder en la misión de Planck. ¿Qué ves cuando miras estas dos instantáneas diferentes a tiempo?
EFSTATHIOU: La imagen del "bebé" es consistente con un universo compuesto principalmente de materia oscura y energía oscura. También es consistente con la idea de que el universo experimentó una expansión exponencial en sus primeros momentos, conocida como inflación. Entonces, ¿cómo la imagen del bebé se extrapola al universo moderno y "adulto"? Como muestran los nuevos resultados de Dark Energy Survey, las imágenes son notablemente consistentes.
George Efstathiou está interesado en la cosmología observacional y teórica, incluidos los estudios de la estructura a gran escala, la formación de galaxias y el fondo cósmico de microondas.
George Efstathiou está interesado en la cosmología observacional y teórica, incluidos los estudios de la estructura a gran escala, la formación de galaxias y el fondo cósmico de microondas. Crédito de la imagen: George Efstathiou
DODELSON: Todos estamos asombrados de que estas dos imágenes estén de acuerdo en la medida en que lo hacen. Aquí hay un ejemplo. Digamos que usted compró acciones de Berkshire Hathaway en 1970. Digamos que era de $ 10 por acción en ese momento y hoy es de $ 250,000 por acción. Si fuera a predecir que hoy sería $ 250,000, más o menos $ 1,000, la gente pensaría que estaba loco. Pero básicamente, eso es lo que hemos hecho. Cuando el universo era muy joven, con solo 380,000 años, también era muy "suave". La materia estaba muy distribuida. Hoy, sin embargo, más de 13 mil millones de años más tarde, la materia en el cosmos está altamente aglomerada en galaxias, estrellas, planetas y otros objetos. Esto es lo que uno esperaría con la expansión cósmica, y con el Dark Energy Survey, hemos sido capaces de confirmar la predicción de esta desigualdad cósmica en un grado notable.
WECHSLER: Lo que realmente nos ayudó a hacer las mediciones precisas con Dark Energy Survey es que, por primera vez, estamos mirando un área mucho más grande, aproximadamente una trigésima parte del cielo. Eso es tres o cuatro veces más grande que el mapa de materia oscura más grande que hayamos hecho antes. También podemos hacer ese mapa esencialmente más de la mitad de la edad del universo, desde ahora hasta hace unos siete mil millones de años, al recoger la luz que brilla desde las galaxias distantes. Así que podemos contar esta historia más de la mitad de la historia del universo, y sigue siendo coherente en todo.
Hay algunos pequeños desacuerdos con los resultados de Planck, pero no creo que debamos preocuparnos demasiado por ellos.
EFSTATHIOU: Hubiera sido muy interesante si los resultados hubieran aumentado significativamente la tensión con el modelo cosmológico estándar, que es la base para entender por qué, comenzando con el Big Bang, el universo está experimentando una expansión acelerada. Algunas encuestas anteriores sugirieron que podría haber un problema, aunque pensé que estos resultados eran cuestionables. En mi opinión, uno debe confiar en los datos y no alarmarse si nuestras teorías no concuerdan con las observaciones. El universo es lo que es.
TKF: Sin embargo, una historia de Nature News caracterizó la opinión de George sobre las discrepancias como "preocupante".
EFSTATHIOU: Bueno, sí, ha habido algunos reclamos de tensión entre el agrupamiento medido en el universo local y las observaciones de Planck del universo distante. Algunas otras observaciones han sugerido que el universo local tardío se está expandiendo a un ritmo más rápido de lo esperado de Planck.
Si pudiéramos decir convincentemente que existía un problema real planteado por cualquiera de estos datos individuales, entonces tendríamos que abandonar nuestro modelo estándar de cosmología. Necesitaríamos una nueva física, y el tipo de física que necesitaríamos estaría en el territorio exótico, anulando décadas de leyes físicas que de otro modo serían apoyadas independientemente. Entonces es un gran problema.
En el pasado, este tipo de tensiones han ido y venido. Cuando escribimos los documentos de Planck 2013, los resultados estaban en tensión con la mayoría de la astrofísica. Luego, dos años después, algunas de estas tensiones habían desaparecido, y ahora en 2017 vuelven a surgir. Entonces estas cosas van y vienen. Necesitamos establecer un umbral alto para nuestra ciencia antes de lanzarnos a explicaciones basadas en la nueva física.
TKF: Casi suena a "si todavía no está roto, no lo arregles".
EFSTATHIOU: Necesitamos estar seguros de que está roto antes de arreglarlo.
WECHSLER: Estoy de acuerdo con George. Hay una barra muy alta para mostrar que realmente entiendes todas las posibles fuentes de error antes de dar el gran paso de abandonar nuestra concepción actual y bien demostrada sobre el universo. No creo que estemos allí todavía. Significa que deberíamos estar muy entusiasmados con la continuación de Dark Energy Survey, así como con todas las otras encuestas y proyectos futuros.
TKF: De hecho, estos nuevos resultados se basan en las mediciones de un año de un total de cinco años. ¿Qué podríamos esperar después de cuatro años más de datos se han crujido?
WECHSLER: Con cuatro veces más datos, nuestro mapa de materia oscura será aún más preciso. También espero que haya mejoras en nuestros métodos de análisis. También habrá un montón de otras cosas nuevas que el Dark Energy Survey debería descubrir, incluidas las nuevas galaxias enanas alrededor de nuestra Vía Láctea, que durante mucho tiempo creímos que debía estar allí pero que no podíamos encontrar. ¡Hay mucho más que esperar!
DODELSON: La mayor precisión de la que Risa acaba de hablar nos permitirá alcanzar el modelo estándar de la cosmología tan difícil como se haya visto alguna vez. Desaprobar el modelo actual revolucionará la forma en que pensamos sobre el universo, por lo que es lo más emocionante que puedo imaginar.
TKF: ¿Cómo están los astrofísicos extendiendo la búsqueda de la materia oscura y la energía oscura? Risa, empecemos contigo, porque estás muy involucrado en dos proyectos de "universo oscuro" de próxima generación.
WECHSLER: Con el Instrumento Espectroscópico de Energía Oscura, o DESI (pronunciado "DEZ-ee", obtendremos lo que llamamos espectros, o observaciones detalladas de la luz de aproximadamente 35 millones de galaxias y cuásares, que son galaxias que parecen extra brillante porque sus agujeros negros centrales están devorando activamente la materia. Eso es aproximadamente 10 veces más datos de espectros de los que hemos recopilado de todos los instrumentos, por lo que puede imaginar que será realmente transformador. Con DESI, podremos medir de forma independiente la tasa de expansión del universo y qué tan rápido crezca su estructura de materia y materia oscura, ambos influenciados por la energía oscura. Luego, cuando compara esas mediciones, obtiene una prueba precisa de la física que rige el universo. DESI comenzará en 2019 usando un telescopio en Arizona.
El otro gran instrumento nuevo en el que estoy trabajando es el Large Synoptic Survey Telescope, LSST. Hará observaciones como Dark Energy Survey, pero con una precisión sustancialmente más alta. De hecho, cubrirá aproximadamente cuatro veces más área y los miles de millones de galaxias que verá serán mucho más profundos y lejanos. LSST será un nuevo observatorio, que se está construyendo en Chile en este momento, y está programado para comenzar alrededor de 2022.
DODELSON: Creo que ambos proyectos generarán nuevas preguntas científicas. Ya lo hemos visto con Dark Energy Survey. Las preguntas cambian con el tiempo y evolucionan, así que no estoy seguro de saber qué es lo más emocionante que vamos a aprender de LSST o DESI.
EFSTATHIOU: Una de mis esperanzas para Planck era que el modelo estándar de la cosmología se rompería y no lo hizo. ¿Pero no sería absolutamente genial para la cosmología y para la física si esto sucediera? Entonces debemos enchufarnos y ver. Quizás tendremos suerte.
TKF: Si tuviera que hacer una apuesta sobre qué es la materia oscura y la energía oscura en realidad, ¿dónde pondría sus fichas?
DODELSON: Estamos viviendo en una era de disonancia cognitiva. Existe toda esta evidencia cosmológica de la existencia de materia oscura, pero durante los últimos 30 años, hemos realizado todos estos experimentos y no los hemos encontrado. Mi apuesta es que estamos viendo las cosas mal. Alguien que hoy tenga 8 años va a venir y descubrirá cómo dar sentido a todos los datos sin evocar nuevas sustancias misteriosas.
EFSTATHIOU: ¿Qué probabilidades tienes de eso, Scott?
DODELSON: Apuesto $ 2,000 del dinero de George.
EFSTATHIOU: No apostaría a ningún candidato específico por la materia oscura. Pero apuesto a que la energía oscura es la constante cosmológica, un factor de chocolate inventado por Einstein que describe la densidad de la energía en el vacío.
WECHSLER: Básicamente estoy con George en este caso. Creo que si Scott tiene razón, eso será maravilloso, pero definitivamente no es donde colocaría mi dinero.
Creo que es muy probable que en 15 años a partir de ahora, estaremos midiendo que la energía oscura es causada por esta constante cosmológica. Podremos reducir las barras de error y encontrar que nuestro modelo actual todavía funciona.
En materia oscura, creo que es mucho menos claro. Durante mucho tiempo, el candidato más popular fue esta cosa llamada WIMP, o una partícula masiva de interacción débil. Esa idea todavía es popular y totalmente posible, pero muchas de las partículas que podrían ser ese tipo de materia oscura ya están descartadas. El otro candidato realmente convincente es una partícula subatómica llamada axión. La gente acaba de llegar a un lugar donde pueden comenzar a buscar estas partículas que creemos que serán extremadamente difíciles de detectar. También es posible que la materia oscura nos sorprenda, que es un nuevo tipo de partícula del que todavía no tenemos las técnicas para buscar.
De qué está hecho nuestro universo. Crédito de la imagen: ESA y la colaboración de Planck
SIDEBAR: A Cosmic Recipe: En las últimas décadas, los científicos se han decantado por un modelo de un universo que en su mayoría no se ve ni se conoce. Conocido como el modelo estándar de la cosmología del Big Bang, estipula que la materia tal como la conocemos -que comprende personas, planetas y estrellas- es solo alrededor del 4 al 5 por ciento de la composición cósmica total. Alrededor del 26 por ciento del cosmos es materia oscura, que se cree está hecha de partículas masivas que no emiten luz y solo interac túan débilmente con la materia normal. El resto es energía oscura, una fuerza que está acelerando la expansión del universo y constituye casi el 70 por ciento de la realidad. Todos estos ingredientes cósmicos se remontan al origen del universo en el Big Bang, hace aproximadamente 13.800 millones de años.
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Adam Hadhazy, escritor y editor de The Kavli Foundation, contribuyó con este artículo a Expert.com Voces de Space.com: Op-Ed & Insights.
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La Cámara de Energía Oscura está montada en el telescopio Victor Blanco, representado aquí con otros telescopios en el Observatorio Interamericano Cerro Tololo en Chile. Crédito de la imagen: Fermilab
Por Adam Hadhazy, para Space.com | 2 de noviembre de 2017
La visión que prevalece del universo acaba de pasar una nueva prueba rigurosa, pero los misterios de la materia oscura y la energía oscura siguen frustrantemente sin resolver.
Un nuevo mapa cósmico se dio a conocer en agosto, trazando donde la misteriosa sustancia llamada materia oscura se agrupa en todo el universo. Para alivio inmenso, y frustración, el mapa es justo lo que los científicos esperaban. La distribución de la materia oscura concuerda con nuestra comprensión actual de un universo nacido con ciertas propiedades en un Big Bang, hace 13.800 millones de años.
Pero a pesar de todo el poder de confirmación del mapa, todavía nos dice poco acerca de la verdadera identidad de la materia oscura, que actúa como un andamio invisible para las galaxias y la estructura cósmica. Tampoco explica un factor aún más grande que da forma al cosmos, conocido como energía oscura, una fuerza enigmática que aparentemente empuja al universo a una velocidad cada vez mayor. De manera tentadora, sin embargo, una pequeña discrepancia entre los nuevos hallazgos y las observaciones previas del universo primitivo podría abrir la puerta para una nueva física.
Para discutir estos temas, la Fundación Kavli recurrió a tres científicos involucrados en la creación de este nuevo mapa cósmico, compilado por Dark Energy Survey.
Los participantes fueron:
SCOTT DODELSON: es cosmólogo y jefe del Departamento de Física de la Universidad Carnegie Mellon. Es uno de los principales científicos detrás del nuevo mapa de estructura cósmica del Dark Energy Survey, en el que trabajó en el Fermi National Accelerator Laboratory y como profesor en el Instituto Kavli de Física Cosmológica de la Universidad de Chicago.
RISA WECHSLER - es profesora asociada de física en la Universidad de Stanford y del Laboratorio Nacional de Aceleradores de SLAC, así como miembro del Instituto Kavli de Astrofísica de Partículas y Cosmología. Un fundador de Dark Energy Survey, Wechsler también está involucrado en dos proyectos de próxima generación que profundizarán aún más en el universo oscuro.
GEORGE EFSTATHIOU - es profesor de astrofísica y ex director del Instituto Kavli de Cosmología de la Universidad de Cambridge. Junto con su trabajo en el Dark Energy Survey, Efstathiou es un líder del equipo de ciencia para la nave espacial Planck de la Agencia Espacial Europea, que entre 2009 y 2013 creó un mapa detallado del universo primitivo.
La siguiente es una transcripción editada de su discusión de mesa redonda. A los participantes se les ha brindado la oportunidad de enmendar o editar sus comentarios.
LA FUNDACIÓN KAVLI: The Dark Energy Survey acaba de confirmar que la materia tal como la conocemos constituye solo el cuatro por ciento del universo. Eso significa que el 96 por ciento es algo que no podemos ver ni tocar, y prácticamente no tenemos idea de lo que realmente es. ¿Por qué estos nuevos hallazgos en realidad son buenas noticias?
RISA WECHSLER: Parece muy extraño que los resultados sean buenas noticias, ¿verdad? Hace cuarenta años, nadie hubiera adivinado que aparentemente vivimos en un universo en el que la mayor parte del asunto es algo que no interactúa con nosotros, ¡y la mayor parte de la energía ni siquiera es materia! Todavía es súper alucinante.
La investigación de Risa Wechsler utiliza modelos de computadora y simulaciones numéricas para registrar la evolución del universo desde el Big Bang hasta el presente. Crédito de la imagen: Risa Wechsler
Pero seguimos haciendo mediciones cada vez más precisas del universo, y ahí es donde entran los resultados de la Encuesta de Energía Oscura. Son las medidas más precisas de la densidad de la materia y cómo se agrupa en el universo local. En el pasado, hemos medido la densidad de la materia en el universo joven y distante. Así que Dark Energy Survey realmente nos permite poner a prueba nuestra comprensión de la evolución del universo, que hemos formalizado como el modelo estándar de la cosmología Big Bang (Ver la barra lateral a continuación: "Una receta cósmica"
, de una manera totalmente nueva.
Aún así, es posible que tengamos algo mal.
SCOTT DODELSON: Estos datos, junto con mediciones precisas tomadas por otros proyectos, podrían comenzar a mostrar pequeños indicios de desacuerdo o tensión, como lo llamamos, con nuestra comprensión actual de cómo comenzó el universo y ahora se está expandiendo a velocidades crecientes.
Scott Dodelson se centra en la intersección de la cosmología y la astrofísica de partículas, donde las estructuras cósmicas más grandes finalmente surgen debido al comportamiento de las partículas más pequeñas de materia y materia oscura. Crédito de la imagen: Scott Dodelson
Como Risa acaba de decir, no estamos seguros de que nuestra forma actual de pensar sea correcta porque básicamente nos obliga a inventar cosas, a saber, la materia oscura y la energía oscura. Podría ser que realmente estamos a solo un mes de una revolución científica que trastorne toda nuestra comprensión sobre la cosmología y no requiera estas cosas. (Fotos increíbles de la Cámara de Energía Oscura en Chile)
GEORGE EFSTATHIOU: Esas mediciones de la materia y la energía en el universo joven y distante al que Risa se refirió se obtuvieron hace unos años, cuando un programa diferente llamado Planck observó la radiación reliquia del Big Bang, que llamamos el microondas cósmico fondo. Aunque las mediciones de la nave espacial Planck apoyan el modelo del que estamos hablando, uno siempre se siente incómodo al postular cosas, como la materia oscura y la energía oscura, que no se han observado. Es por eso que Dark Energy Survey es muy importante: puede poner a prueba rigurosamente nuestro conocimiento sobre el nacimiento del universo al compararlo con la estructura actual del universo moderno y joven.
TKF: The Dark Energy Survey se inició hace cuatro años, por lo que has estado esperando mucho tiempo para que estos resultados entren. ¿Cuál fue tu reacción inicial?
DODELSON: Fue la experiencia más sorprendente de mi carrera científica. El 7 de julio de 2017, una fecha que siempre recordaré, tuvimos 50 personas que se unieron a una conferencia telefónica. Nadie sabía qué iban a decir los datos porque estaban cegados, lo que evita que los resultados se conviertan en algo que "quieres" que sean. Luego, uno de los líderes del análisis de lentes, Michael Troxel, ejecutó un script de computadora sobre los datos, lo desenterró y compartió su pantalla con todos los que estaban en la llamada. Todos tenemos que ver nuestros resultados en comparación con los de Planck. Estaban en tan cercano acuerdo, independientemente el uno del otro. Todos nos quedamos sin aliento y luego aplaudimos.
WECHSLER: Yo estaba en esa conferencia telefónica también. Fue realmente emocionante. He estado trabajando en esta encuesta desde que escribimos la primera propuesta en 2004, por lo que se sintió como una culminación.
TKF: en 2013, Planck nos dio una imagen del universo "bebé" muy precisa. Ahora tenemos una imagen muy precisa del universo en una época posterior. George, fuiste un líder en la misión de Planck. ¿Qué ves cuando miras estas dos instantáneas diferentes a tiempo?
EFSTATHIOU: La imagen del "bebé" es consistente con un universo compuesto principalmente de materia oscura y energía oscura. También es consistente con la idea de que el universo experimentó una expansión exponencial en sus primeros momentos, conocida como inflación. Entonces, ¿cómo la imagen del bebé se extrapola al universo moderno y "adulto"? Como muestran los nuevos resultados de Dark Energy Survey, las imágenes son notablemente consistentes.
George Efstathiou está interesado en la cosmología observacional y teórica, incluidos los estudios de la estructura a gran escala, la formación de galaxias y el fondo cósmico de microondas.
George Efstathiou está interesado en la cosmología observacional y teórica, incluidos los estudios de la estructura a gran escala, la formación de galaxias y el fondo cósmico de microondas. Crédito de la imagen: George Efstathiou
DODELSON: Todos estamos asombrados de que estas dos imágenes estén de acuerdo en la medida en que lo hacen. Aquí hay un ejemplo. Digamos que usted compró acciones de Berkshire Hathaway en 1970. Digamos que era de $ 10 por acción en ese momento y hoy es de $ 250,000 por acción. Si fuera a predecir que hoy sería $ 250,000, más o menos $ 1,000, la gente pensaría que estaba loco. Pero básicamente, eso es lo que hemos hecho. Cuando el universo era muy joven, con solo 380,000 años, también era muy "suave". La materia estaba muy distribuida. Hoy, sin embargo, más de 13 mil millones de años más tarde, la materia en el cosmos está altamente aglomerada en galaxias, estrellas, planetas y otros objetos. Esto es lo que uno esperaría con la expansión cósmica, y con el Dark Energy Survey, hemos sido capaces de confirmar la predicción de esta desigualdad cósmica en un grado notable.
WECHSLER: Lo que realmente nos ayudó a hacer las mediciones precisas con Dark Energy Survey es que, por primera vez, estamos mirando un área mucho más grande, aproximadamente una trigésima parte del cielo. Eso es tres o cuatro veces más grande que el mapa de materia oscura más grande que hayamos hecho antes. También podemos hacer ese mapa esencialmente más de la mitad de la edad del universo, desde ahora hasta hace unos siete mil millones de años, al recoger la luz que brilla desde las galaxias distantes. Así que podemos contar esta historia más de la mitad de la historia del universo, y sigue siendo coherente en todo.
Hay algunos pequeños desacuerdos con los resultados de Planck, pero no creo que debamos preocuparnos demasiado por ellos.
EFSTATHIOU: Hubiera sido muy interesante si los resultados hubieran aumentado significativamente la tensión con el modelo cosmológico estándar, que es la base para entender por qué, comenzando con el Big Bang, el universo está experimentando una expansión acelerada. Algunas encuestas anteriores sugirieron que podría haber un problema, aunque pensé que estos resultados eran cuestionables. En mi opinión, uno debe confiar en los datos y no alarmarse si nuestras teorías no concuerdan con las observaciones. El universo es lo que es.
TKF: Sin embargo, una historia de Nature News caracterizó la opinión de George sobre las discrepancias como "preocupante".
EFSTATHIOU: Bueno, sí, ha habido algunos reclamos de tensión entre el agrupamiento medido en el universo local y las observaciones de Planck del universo distante. Algunas otras observaciones han sugerido que el universo local tardío se está expandiendo a un ritmo más rápido de lo esperado de Planck.
Si pudiéramos decir convincentemente que existía un problema real planteado por cualquiera de estos datos individuales, entonces tendríamos que abandonar nuestro modelo estándar de cosmología. Necesitaríamos una nueva física, y el tipo de física que necesitaríamos estaría en el territorio exótico, anulando décadas de leyes físicas que de otro modo serían apoyadas independientemente. Entonces es un gran problema.
En el pasado, este tipo de tensiones han ido y venido. Cuando escribimos los documentos de Planck 2013, los resultados estaban en tensión con la mayoría de la astrofísica. Luego, dos años después, algunas de estas tensiones habían desaparecido, y ahora en 2017 vuelven a surgir. Entonces estas cosas van y vienen. Necesitamos establecer un umbral alto para nuestra ciencia antes de lanzarnos a explicaciones basadas en la nueva física.
TKF: Casi suena a "si todavía no está roto, no lo arregles".
EFSTATHIOU: Necesitamos estar seguros de que está roto antes de arreglarlo.
WECHSLER: Estoy de acuerdo con George. Hay una barra muy alta para mostrar que realmente entiendes todas las posibles fuentes de error antes de dar el gran paso de abandonar nuestra concepción actual y bien demostrada sobre el universo. No creo que estemos allí todavía. Significa que deberíamos estar muy entusiasmados con la continuación de Dark Energy Survey, así como con todas las otras encuestas y proyectos futuros.
TKF: De hecho, estos nuevos resultados se basan en las mediciones de un año de un total de cinco años. ¿Qué podríamos esperar después de cuatro años más de datos se han crujido?
WECHSLER: Con cuatro veces más datos, nuestro mapa de materia oscura será aún más preciso. También espero que haya mejoras en nuestros métodos de análisis. También habrá un montón de otras cosas nuevas que el Dark Energy Survey debería descubrir, incluidas las nuevas galaxias enanas alrededor de nuestra Vía Láctea, que durante mucho tiempo creímos que debía estar allí pero que no podíamos encontrar. ¡Hay mucho más que esperar!
DODELSON: La mayor precisión de la que Risa acaba de hablar nos permitirá alcanzar el modelo estándar de la cosmología tan difícil como se haya visto alguna vez. Desaprobar el modelo actual revolucionará la forma en que pensamos sobre el universo, por lo que es lo más emocionante que puedo imaginar.
TKF: ¿Cómo están los astrofísicos extendiendo la búsqueda de la materia oscura y la energía oscura? Risa, empecemos contigo, porque estás muy involucrado en dos proyectos de "universo oscuro" de próxima generación.
WECHSLER: Con el Instrumento Espectroscópico de Energía Oscura, o DESI (pronunciado "DEZ-ee"
, obtendremos lo que llamamos espectros, o observaciones detalladas de la luz de aproximadamente 35 millones de galaxias y cuásares, que son galaxias que parecen extra brillante porque sus agujeros negros centrales están devorando activamente la materia. Eso es aproximadamente 10 veces más datos de espectros de los que hemos recopilado de todos los instrumentos, por lo que puede imaginar que será realmente transformador. Con DESI, podremos medir de forma independiente la tasa de expansión del universo y qué tan rápido crezca su estructura de materia y materia oscura, ambos influenciados por la energía oscura. Luego, cuando compara esas mediciones, obtiene una prueba precisa de la física que rige el universo. DESI comenzará en 2019 usando un telescopio en Arizona.
El otro gran instrumento nuevo en el que estoy trabajando es el Large Synoptic Survey Telescope, LSST. Hará observaciones como Dark Energy Survey, pero con una precisión sustancialmente más alta. De hecho, cubrirá aproximadamente cuatro veces más área y los miles de millones de galaxias que verá serán mucho más profundos y lejanos. LSST será un nuevo observatorio, que se está construyendo en Chile en este momento, y está programado para comenzar alrededor de 2022.
DODELSON: Creo que ambos proyectos generarán nuevas preguntas científicas. Ya lo hemos visto con Dark Energy Survey. Las preguntas cambian con el tiempo y evolucionan, así que no estoy seguro de saber qué es lo más emocionante que vamos a aprender de LSST o DESI.
EFSTATHIOU: Una de mis esperanzas para Planck era que el modelo estándar de la cosmología se rompería y no lo hizo. ¿Pero no sería absolutamente genial para la cosmología y para la física si esto sucediera? Entonces debemos enchufarnos y ver. Quizás tendremos suerte.
TKF: Si tuviera que hacer una apuesta sobre qué es la materia oscura y la energía oscura en realidad, ¿dónde pondría sus fichas?
DODELSON: Estamos viviendo en una era de disonancia cognitiva. Existe toda esta evidencia cosmológica de la existencia de materia oscura, pero durante los últimos 30 años, hemos realizado todos estos experimentos y no los hemos encontrado. Mi apuesta es que estamos viendo las cosas mal. Alguien que hoy tenga 8 años va a venir y descubrirá cómo dar sentido a todos los datos sin evocar nuevas sustancias misteriosas.
EFSTATHIOU: ¿Qué probabilidades tienes de eso, Scott?
DODELSON: Apuesto $ 2,000 del dinero de George.
EFSTATHIOU: No apostaría a ningún candidato específico por la materia oscura. Pero apuesto a que la energía oscura es la constante cosmológica, un factor de chocolate inventado por Einstein que describe la densidad de la energía en el vacío.
WECHSLER: Básicamente estoy con George en este caso. Creo que si Scott tiene razón, eso será maravilloso, pero definitivamente no es donde colocaría mi dinero.
Creo que es muy probable que en 15 años a partir de ahora, estaremos midiendo que la energía oscura es causada por esta constante cosmológica. Podremos reducir las barras de error y encontrar que nuestro modelo actual todavía funciona.
En materia oscura, creo que es mucho menos claro. Durante mucho tiempo, el candidato más popular fue esta cosa llamada WIMP, o una partícula masiva de interacción débil. Esa idea todavía es popular y totalmente posible, pero muchas de las partículas que podrían ser ese tipo de materia oscura ya están descartadas. El otro candidato realmente convincente es una partícula subatómica llamada axión. La gente acaba de llegar a un lugar donde pueden comenzar a buscar estas partículas que creemos que serán extremadamente difíciles de detectar. También es posible que la materia oscura nos sorprenda, que es un nuevo tipo de partícula del que todavía no tenemos las técnicas para buscar.
De qué está hecho nuestro universo. Crédito de la imagen: ESA y la colaboración de Planck
SIDEBAR: A Cosmic Recipe: En las últimas décadas, los científicos se han decantado por un modelo de un universo que en su mayoría no se ve ni se conoce. Conocido como el modelo estándar de la cosmología del Big Bang, estipula que la materia tal como la conocemos -que comprende personas, planetas y estrellas- es solo alrededor del 4 al 5 por ciento de la composición cósmica total. Alrededor del 26 por ciento del cosmos es materia oscura, que se cree está hecha de partículas masivas que no emiten luz y solo interac túan débilmente con la materia normal. El resto es energía oscura, una fuerza que está acelerando la expansión del universo y constituye casi el 70 por ciento de la realidad. Todos estos ingredientes cósmicos se remontan al origen del universo en el Big Bang, hace aproximadamente 13.800 millones de años.
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Adam Hadhazy, escritor y editor de The Kavli Foundation, contribuyó con este artículo a Expert.com Voces de Space.com: Op-Ed & Insights.
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