Una nueva medida de distancias cósmicas en el Dark Energy Survey da pistas sobre la naturaleza de la energía oscura

Hoy en día disponemos de un modelo estándar de la cosmología, la versión actual de la teoría del big bang. Aunque se ha mostrado muy exitoso, sus consecuencias son asombrosas. Sólo conocemos el 5% del contenido del universo, que es materia normal. El restante 95% está constituido por dos entes exóticos y que nunca se han producido en laboratorio, cuya naturaleza física es aún desconocida. Se trata de la materia oscura, que da cuenta del 25% del contenido del cosmos, y de la energía oscura, que contribuye con un 70%. En el modelo estándar de la cosmología, la energía oscura es la energía del espacio vacío, y su densidad permanece constante a lo largo de la evolución del universo.

De acuerdo con esta teoría, en el universo muy temprano se propagaron ondas de sonido. En esas etapas tempranas, el universo tenía una temperatura y una densidad enormes. La presión en este gas inicial trataba de separar las partículas que lo formaban, mientras que la gravedad trataba de juntarlas, y la competición entre las dos fuerzas creó ondas sonoras que se propagaron desde los inicios del universo hasta unos 400.000 años después del Big Bang. En ese momento la radiación y la materia dejaron de interaccionar y las ondas quedaron congeladas, dejando una huella en la distribución espacial de la materia. Esta huella se observa como una pequeña acumulación preferencial de galaxias separadas por una distancia característica, denominada por los cosmólogos escala de las oscilaciones acústicas de los bariones (BAO por sus siglas en inglés, Baryon Acoustic Oscillations), y corresponde con la distancia recorrida por las ondas sonoras en esos 400.000 años. 

El Dark Energy Survey (DES, o Cartografiado de la Energía Oscura) acaba de medir la escala BAO cuando el universo tenía la mitad de su edad actual con una precisión del 2%, la determinación más precisa hasta el momento en una época tan temprana, y la primera vez que una medida sólo con imágenes es competitiva con grandes campañas de espectroscopía diseñadas específicamente para detectar esta señal.

La distancia que viaja la onda sonora en el universo primitivo depende de procesos físicos muy bien conocidos, así que se puede determinar con gran precisión, fijando una vara de medir para el universo. Es lo que los cosmólogos llaman una regla estándar, y en este caso tiene una longitud de unos 500 millones de años luz. Observando el ángulo que esta regla estándar subtiende en el cielo a diferentes distancias (o lo que es lo mismo, en diferentes épocas del universo), se puede determinar la historia de la expansión cósmica y con ella las propiedades físicas de la energía oscura. En particular, se puede determinar analizando el fondo de microondas, la radiación liberada cuando se formaron los átomos, 400.000 años después del Big Bang y que nos da una foto del universo muy temprano, tal y como publicó la colaboración Planck en 2018. También se puede determinar en el universo tardío mediante el estudio de la escala BAO en cartografiados de galaxias, tal y como ha hecho DES. El análisis de la consistencia de ambas determinaciones es una de las pruebas más exigentes a las que se puede someter al modelo estándar de la cosmología.