El telescopio Euclid y la expansión del universo
La profesora Luz Ángela García, PhD en Astronomía, escribe sobre este telescopio espacial que tiene el ambicioso objetivo científico de develar la naturaleza y evolución del universo y sus componentes.
Luz Ángela García*
El sábado 1 de julio se lanzó el telescopio espacial Euclid a bordo del cohete Falcon 9 de la flotilla de SpaceX. La misión, auspiciada por la European Space Agency (o ESA), se gestó a lo largo de más de una década gracias al trabajo de investigadores de varias instituciones, en su mayoría de origen europeo. (Puede leer: Las mutaciones genéticas no hereditarias que se relacionarían con la esquizofrenia)
Este telescopio espacial tiene el ambicioso objetivo científico de develar la naturaleza y evolución del universo y sus componentes. Durante sus 6 años de operación nominal cubrirá 15.000 grados cuadrados del cielo (casi un tercio de los hemisferios norte y sur) con una cámara cuyo espejo principal es de 1.2 metros de diámetro, en longitudes de onda de la luz visible e infrarroja.
Euclid (o Euclides) fue nombrado en honor al matemático griego que formuló la geometría plana en el tratado Los Elementos. Su trabajo fue fundamental y sentó las bases de la geometría moderna, aunque esta teoría no se aplica a nuestra actual descripción de un universo con curvatura. (Le puede interesar: Un nuevo descubrimiento del James Webb sobre el universo primitivo)
Así como los telescopios espaciales GAIA, Planck o James Webb, Euclid se ubicará en el punto de Lagrange 2 (un lugar de equilibrio gravitacional a 1.5 millones de kilómetros de la Tierra), donde, una vez se calibre y sus instrumentos se pongan a punto, iniciará a sondear la estructura a gran escala del universo. (También puede leer: Este mes podrá ver cinco planetas al lado de la Luna, le explicamos cómo hacerlo)
Esta apuesta de la ESA, de 1.400 millones de euros y más de 3.500 científicos vinculados directamente al consorcio, busca crear un mapa tridimensional de las galaxias del universo mediante técnicas como el weak lensing, a través de la medición de la desviación de la luz al pasar cerca de objetos muy masivos que distorsionan el espacio-tiempo, y clustering de galaxias, un método observacional que se basa en cuantificar la concentración y orientación de las galaxias en el cielo.
Una de las voceras del proyecto, Yannick Mellier, indica que esperan crear un catálogo de posiciones y edades de al menos 1500 millones de galaxias. Para poner en perspectiva esta cifra, Euclid cubrirá en solo 2 días la porción de cielo que el telescopio espacial Hubble revisó en más de 30 años.
Evidentemente, la tecnología y los materiales usados en los sensores de ambos instrumentos no son comparables. Aunque ambos telescopios espaciales observan en el visible y el infrarrojo, la conjunción de la instrumentación de altísima precisión de Euclid, con detectores en el óptico (VIS) y el Near-infrared spectrometer and photometer (espectrómetro y fotómetro en el infrarrojo cercano o NISP), le permitirá observar y estudiar galaxias lejanas a distancias de hasta 10000 millones de años-luz. (Puede interesarle: Cómo grabar su nombre en una nave espacial de la NASA con destino a Júpiter)
En 2027, la agencia espacial NASA lanzará la sonda Nancy Grace Roman, que complementará el rastreo de las galaxias del Universo con un campo de visión mucho más profundo pero más restringido que Euclid (2000 grados cuadrados de cielo).
Expansión acelerada del universo
Desde la primera solución cosmológica de las ecuaciones de campo con materia se predecía un cosmos dinámico. Este sistema de ecuaciones, reportadas por el matemático soviético Alexander Friedmann, mostraban un cosmos que incomodaba a Albert Einstein, quien esperaba un universo estático, aun si esto implicaba un alto grado de inestabilidad en las soluciones.
Sin embargo, en 1929 Edwin Hubble y sus colaboradores reportaron un descubrimiento que cambió radicalmente la visión del universo: las galaxias se alejan entre sí. En consecuencia, el universo se expande. Este hallazgo mostró que las predicciones de Friedmann eran efectivamente correctas; no así el universo estático de Einstein, quien inmediatamente calificó su introducción de una constante cosmológica en las ecuaciones de campo como un error garrafal (la constante cosmológica de Einstein mantendría, en principio, el universo estacionario y sin evolución espacial). (Puede leer: Marte registró un importante cambio de clima hace 400.000 años)
Pero si el universo se expande y existe una cantidad finita de galaxias (por grande que este número sea) eventualmente la atracción gravitacional entre estos objetos debe llevar a que se frene la expansión y se inicie un proceso de Gran Implosión (o Big Crunch).
Tratando de estudiar este escenario, a finales del siglo XX dos grupos de investigadores independiente analizaron distancias de supernovas tipo Ia (estrellas de alta masa que al estallar, generan una curva de luz característica por las altísimas energías que se generan en la explosión) y reportaron algo bastante extraño: las supernovas registradas (a distancias extragalácticas) mostraban un incremento no lineal en su brillo con la distancia, lo que significa que la tasa de la expansión medida con estas supernovas estaba aumentando, en otras palabras, la expansión del universo se están acelerando.
Pero, ¿cómo entender este efecto? Suponga que arroja una pelota hacia arriba. Dependiendo de la velocidad inicial que le imprime a la pelota, esta alcanzará una altura máxima. En ese instante, la pelota cambiará la dirección de movimiento e irremediablemente caerá siguiendo la acción atractiva de la fuerza gravitacional debida a nuestro planeta. Ahora, el descubrimiento sin precedentes de Adam Riess, Brian Schmidt y Saul Perlmutter (quienes recibieron el premio Nobel de Física en 2011 por este hallazgo) sería equivalente a que usted arroje la pelota y no solo no cae hacia la Tierra, sino que a medida que va subiendo, va aumentando su velocidad. Un efecto completamente contraintuitivo.
Muchos teóricos rápidamente postularon que debería existir un agente que está generando un efecto repulsivo más potente que la gravitación entre galaxias, un fluido que permea todo el universo, el cual se ha denominado energía oscura. (Le puede interesar: Por primera vez, científicos observan primeros años del universo en cámara lenta)
Energía oscura y mapas de galaxias
Tras casi 25 años de intenso trabajo teórico, observacional y numérico en el campo de la cosmología, nuestra comprensión de la composición del cosmos ha avanzado enormemente. Los grandes cartografiados de galaxias nos han permitido formar mapas 3D sin precedentes a gran escala del universo; entender cómo se forman, evolucionan y cambian las galaxias; datar la mayor cantidad de procesos cósmicos y construir un modelo muy robusto de nuestro universo.
Pero aún seguimos sin entender qué es la denominada energía oscura; si es variable en el tiempo o corresponde a la constante cosmológica (sí, la misma que Einstein introdujo para tener un universo estático). Esta última, configura la candidata más aceptada por las observaciones, al punto de ser acogida por el modelo estándar de la cosmología como la manifestación de la energía oscura. (Puede leer: Astrónomos descubren un planeta que desafía a la muerte)
Este sábado Euclides se unió a la campaña titánica de revelar los secretos mejor guardados del universo. Ojalá esta misión y las que vienen nos ayuden a entender si efectivamente existe la energía oscura, este agente escurridizo y fascinante, o si es el mismo espacio-tiempo el que está cambiando su compleja estructura. Por ahora, solo esperamos que Euclides nos siga mostrando las reglas que rigen la geometría del universo.
*PhD en Astronomía - Docente Investigadora Universidad ECCI
El sábado 1 de julio se lanzó el telescopio espacial Euclid a bordo del cohete Falcon 9 de la flotilla de SpaceX. La misión, auspiciada por la European Space Agency (o ESA), se gestó a lo largo de más de una década gracias al trabajo de investigadores de varias instituciones, en su mayoría de origen europeo. (Puede leer: Las mutaciones genéticas no hereditarias que se relacionarían con la esquizofrenia)
Este telescopio espacial tiene el ambicioso objetivo científico de develar la naturaleza y evolución del universo y sus componentes. Durante sus 6 años de operación nominal cubrirá 15.000 grados cuadrados del cielo (casi un tercio de los hemisferios norte y sur) con una cámara cuyo espejo principal es de 1.2 metros de diámetro, en longitudes de onda de la luz visible e infrarroja.
Euclid (o Euclides) fue nombrado en honor al matemático griego que formuló la geometría plana en el tratado Los Elementos. Su trabajo fue fundamental y sentó las bases de la geometría moderna, aunque esta teoría no se aplica a nuestra actual descripción de un universo con curvatura. (Le puede interesar: Un nuevo descubrimiento del James Webb sobre el universo primitivo)
Así como los telescopios espaciales GAIA, Planck o James Webb, Euclid se ubicará en el punto de Lagrange 2 (un lugar de equilibrio gravitacional a 1.5 millones de kilómetros de la Tierra), donde, una vez se calibre y sus instrumentos se pongan a punto, iniciará a sondear la estructura a gran escala del universo. (También puede leer: Este mes podrá ver cinco planetas al lado de la Luna, le explicamos cómo hacerlo)
Esta apuesta de la ESA, de 1.400 millones de euros y más de 3.500 científicos vinculados directamente al consorcio, busca crear un mapa tridimensional de las galaxias del universo mediante técnicas como el weak lensing, a través de la medición de la desviación de la luz al pasar cerca de objetos muy masivos que distorsionan el espacio-tiempo, y clustering de galaxias, un método observacional que se basa en cuantificar la concentración y orientación de las galaxias en el cielo.
Una de las voceras del proyecto, Yannick Mellier, indica que esperan crear un catálogo de posiciones y edades de al menos 1500 millones de galaxias. Para poner en perspectiva esta cifra, Euclid cubrirá en solo 2 días la porción de cielo que el telescopio espacial Hubble revisó en más de 30 años.
Evidentemente, la tecnología y los materiales usados en los sensores de ambos instrumentos no son comparables. Aunque ambos telescopios espaciales observan en el visible y el infrarrojo, la conjunción de la instrumentación de altísima precisión de Euclid, con detectores en el óptico (VIS) y el Near-infrared spectrometer and photometer (espectrómetro y fotómetro en el infrarrojo cercano o NISP), le permitirá observar y estudiar galaxias lejanas a distancias de hasta 10000 millones de años-luz. (Puede interesarle: Cómo grabar su nombre en una nave espacial de la NASA con destino a Júpiter)
En 2027, la agencia espacial NASA lanzará la sonda Nancy Grace Roman, que complementará el rastreo de las galaxias del Universo con un campo de visión mucho más profundo pero más restringido que Euclid (2000 grados cuadrados de cielo).
Expansión acelerada del universo
Desde la primera solución cosmológica de las ecuaciones de campo con materia se predecía un cosmos dinámico. Este sistema de ecuaciones, reportadas por el matemático soviético Alexander Friedmann, mostraban un cosmos que incomodaba a Albert Einstein, quien esperaba un universo estático, aun si esto implicaba un alto grado de inestabilidad en las soluciones.
Sin embargo, en 1929 Edwin Hubble y sus colaboradores reportaron un descubrimiento que cambió radicalmente la visión del universo: las galaxias se alejan entre sí. En consecuencia, el universo se expande. Este hallazgo mostró que las predicciones de Friedmann eran efectivamente correctas; no así el universo estático de Einstein, quien inmediatamente calificó su introducción de una constante cosmológica en las ecuaciones de campo como un error garrafal (la constante cosmológica de Einstein mantendría, en principio, el universo estacionario y sin evolución espacial). (Puede leer: Marte registró un importante cambio de clima hace 400.000 años)
Pero si el universo se expande y existe una cantidad finita de galaxias (por grande que este número sea) eventualmente la atracción gravitacional entre estos objetos debe llevar a que se frene la expansión y se inicie un proceso de Gran Implosión (o Big Crunch).
Tratando de estudiar este escenario, a finales del siglo XX dos grupos de investigadores independiente analizaron distancias de supernovas tipo Ia (estrellas de alta masa que al estallar, generan una curva de luz característica por las altísimas energías que se generan en la explosión) y reportaron algo bastante extraño: las supernovas registradas (a distancias extragalácticas) mostraban un incremento no lineal en su brillo con la distancia, lo que significa que la tasa de la expansión medida con estas supernovas estaba aumentando, en otras palabras, la expansión del universo se están acelerando.
Pero, ¿cómo entender este efecto? Suponga que arroja una pelota hacia arriba. Dependiendo de la velocidad inicial que le imprime a la pelota, esta alcanzará una altura máxima. En ese instante, la pelota cambiará la dirección de movimiento e irremediablemente caerá siguiendo la acción atractiva de la fuerza gravitacional debida a nuestro planeta. Ahora, el descubrimiento sin precedentes de Adam Riess, Brian Schmidt y Saul Perlmutter (quienes recibieron el premio Nobel de Física en 2011 por este hallazgo) sería equivalente a que usted arroje la pelota y no solo no cae hacia la Tierra, sino que a medida que va subiendo, va aumentando su velocidad. Un efecto completamente contraintuitivo.
Muchos teóricos rápidamente postularon que debería existir un agente que está generando un efecto repulsivo más potente que la gravitación entre galaxias, un fluido que permea todo el universo, el cual se ha denominado energía oscura. (Le puede interesar: Por primera vez, científicos observan primeros años del universo en cámara lenta)
Energía oscura y mapas de galaxias
Tras casi 25 años de intenso trabajo teórico, observacional y numérico en el campo de la cosmología, nuestra comprensión de la composición del cosmos ha avanzado enormemente. Los grandes cartografiados de galaxias nos han permitido formar mapas 3D sin precedentes a gran escala del universo; entender cómo se forman, evolucionan y cambian las galaxias; datar la mayor cantidad de procesos cósmicos y construir un modelo muy robusto de nuestro universo.
Pero aún seguimos sin entender qué es la denominada energía oscura; si es variable en el tiempo o corresponde a la constante cosmológica (sí, la misma que Einstein introdujo para tener un universo estático). Esta última, configura la candidata más aceptada por las observaciones, al punto de ser acogida por el modelo estándar de la cosmología como la manifestación de la energía oscura. (Puede leer: Astrónomos descubren un planeta que desafía a la muerte)
Este sábado Euclides se unió a la campaña titánica de revelar los secretos mejor guardados del universo. Ojalá esta misión y las que vienen nos ayuden a entender si efectivamente existe la energía oscura, este agente escurridizo y fascinante, o si es el mismo espacio-tiempo el que está cambiando su compleja estructura. Por ahora, solo esperamos que Euclides nos siga mostrando las reglas que rigen la geometría del universo.
*PhD en Astronomía - Docente Investigadora Universidad ECCI