Los investigadores han descubierto una posible forma de detectar y medir la energía oscura estudiando el movimiento entre la Vía Láctea y la galaxia de Andrómeda. La técnica, que aún se encuentra en sus primeras etapas, puede estimar un límite superior de la constante cosmológica, un modelo simple de energía oscura, que es cinco veces mayor que el valor determinado para el universo temprano.
Los científicos han utilizado galaxias muy distantes para estudiar la energía oscura desde que fue descubierta por primera vez a fines de la década de 1990, pero aún no la han detectado directamente. Sin embargo, investigadores de la Universidad de Cambridge descubrieron que al estudiar cómo la galaxia de Andrómeda y la Vía Láctea se acercan entre sí dada su masa compartida, podrían poner un límite superior al valor de la constante cosmológica, el modelo más simple de energía oscura. El límite superior que encontraron es cinco veces mayor que el valor de la constante cosmológica que se puede detectar en el universo temprano.
Aunque la tecnología aún se encuentra en sus primeras etapas de desarrollo, los investigadores dicen que es posible detectar energía oscura estudiando nuestro propio vecindario cósmico. Los hallazgos fueron publicados en The Astrophysical Journal Letters.
Todo lo que podemos ver en nuestro mundo y en el cielo, desde pequeños insectos hasta galaxias gigantes, constituye sólo el cinco por ciento del universo observable. El resto es materia oscura: los científicos creen que alrededor del 27 por ciento del universo está formado por materia oscura, que mantiene unidos los objetos, mientras que el 68 por ciento es energía oscura, que separa los objetos.
El autor principal, el Dr. David Benisti, del Departamento de Matemáticas Aplicadas y Física Teórica, dijo: "La energía oscura es un término general para una familia de modelos que pueden agregarse a la teoría de la gravedad de Einstein. Su versión más simple se conoce como constante cosmológica: una densidad de energía constante que aleja a las galaxias unas de otras".
La constante cosmológica fue una adición improvisada por Einstein en su teoría general de la relatividad. Desde la década de 1930 hasta la de 1990, la constante cosmológica se fijó en cero hasta que se descubrió una fuerza desconocida (la energía oscura) que estaba provocando que se acelerara la expansión del universo. Sin embargo, hay al menos dos grandes problemas con la energía oscura: no sabemos qué es y no la hemos detectado directamente.
Los astrónomos han desarrollado una variedad de métodos para detectar la energía oscura desde que fue descubierta por primera vez, la mayoría de los cuales implican estudiar objetos en el universo temprano y medir qué tan rápido se alejan de nosotros. Descifrar los efectos de la energía oscura hace miles de millones de años no es una tarea fácil: debido a que la energía oscura es una fuerza débil entre galaxias, es fácilmente superada por fuerzas mucho más fuertes dentro de las galaxias.
Sin embargo, hay una región del universo que es sorprendentemente sensible a la energía oscura y está justo en nuestro patio trasero cósmico. Andrómeda es la galaxia más cercana a nuestra Vía Láctea y las dos galaxias están chocando. A medida que la distancia se acerque, las dos galaxias comenzarán a orbitar entre sí, muy lentamente. Una órbita tarda 20 mil millones de años. Sin embargo, debido a la inmensa gravedad, las dos galaxias comenzarán a fusionarse y a chocar entre sí antes de que se completen las órbitas individuales, dentro de unos 5 mil millones de años.
Benisti dijo: "Andrómeda es la única galaxia que no está lejos de nosotros, por lo que al estudiar su masa y movimiento, podremos hacer algunos juicios sobre la constante cosmológica y la energía oscura".
Benisti y sus coautores, la profesora Anne Davis de DAMTP y el profesor Wyn Evans del Instituto de Astronomía, realizaron una serie de simulaciones basadas en las mejores estimaciones de las masas de las dos galaxias y descubrieron que la energía oscura está afectando la interacción de Andrómeda y la Vía Láctea.
"La energía oscura afecta a cada par de galaxias: la gravedad quiere juntar las galaxias, mientras que la energía oscura las separa", dijo Benisti. "En nuestro modelo, si cambiamos el valor de la constante cosmológica, podemos ver cómo cambia las órbitas de las dos galaxias. Basándonos en sus masas, podemos determinar un límite superior de la constante cosmológica, que es aproximadamente cinco veces mayor que lo que medimos en otras partes del universo".
Si bien la técnica puede resultar de gran valor, no puede detectar directamente la energía oscura, afirman los investigadores. Los datos del Telescopio James Webb (JWST) proporcionarán mediciones más precisas de la masa y el movimiento de Andrómeda, lo que ayudará a reducir el límite superior de la constante cosmológica.
Además, al estudiar otros pares de galaxias, será posible perfeccionar aún más esta técnica y determinar cómo afecta la energía oscura a nuestro universo. "La energía oscura es uno de los mayores misterios de la cosmología. Sus efectos pueden variar con la distancia y el tiempo, pero esperamos que esta técnica pueda ayudar a desentrañar ese misterio", dijo Benisti.