L’Sloan Digital Sky Survey (SDSS) va publicar aquest dilluns una anàlisi exhaustiva del major mapa tridimensional de l’Univers mai creat, que omple els buits més significatius en la nostra exploració de la història del cosmos. El nostre coneixement sobre l’Univers inclou tant la seva història antiga com la història recent de la seva expansió, però entre els dos períodes existien buits en un lapse corresponent a 11.000 milions d’anys.
Durant cinc anys, científics de l’SDSS han treballat per conèixer què va passar durant aquest període, i han utilitzat aquesta informació per aconseguir un dels avenços més importants en cosmologia de l’última dècada. Els nous resultats són fruit d’un dels programes de l’SDSS, la col·laboració internacional Extended Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (eBOSS), en què participen més de cent astrofísics.
En el nucli dels nous resultats hi ha les mesures detallades de més de dos milions de galàxies i quàsars, que cobreixen 11.000 milions d’anys de temps còsmic. Gràcies a l’estudi de la radiació del fons còsmic de microones (CMB, per les sigles en anglès), i a les mesures de les quantitats relatives dels elements creats poc després del Big Bang, sabem com era l’Univers en la seva «infància». Coneixem també la història de l’expansió de l’Univers al llarg dels últims mil milions d’anys, a partir dels mapes de galàxies i de les mesures de les distàncies entre elles, incloent-hi les que s’havien fet en fases anteriors de l’SDSS.
«L’anàlisi de la col·laboració eBOSS i els experiments previs de l’SDSS mostren la història de l’expansió de l’Univers al llarg del major període de temps estudiat fins ara», assenyala Héctor Gil Marín, de l’ICCUB. Aquest investigador ha liderat l’anàlisi d’aquests mapes de galàxies, mesurant el ritme d’expansió i el creixement de les estructures de l’Univers de fa 6.000 milions d’anys. Aquestes mesures ajuden a unir la física primerenca amb la tardana, fet que permet generar una imatge completa de l’expansió de l’Univers al llarg del temps.
Una mirada al mapa obtingut revela filaments i buits que defineixen l’estructura de l’Univers des del moment en què tenia només uns 300.000 anys. Fent servir aquest mapa, els investigadors busquen patrons en la distribució de les galàxies, els quals proporcionen informació sobre diversos paràmetres clau de l’Univers, que eBOSS ha estat capaç de mesurar amb una precisió superior a l’1%.
Aquest mapa és el resultat de més de vint anys d’esforços per cartografiar l’Univers mitjançant el telescopi de la Fundació Alfred P. Sloan. La història còsmica que revela mostra que l’expansió de l’Univers es va començar a accelerar fa uns 6.000 milions d’anys, i que ha seguit en augment des de llavors. Aquesta expansió accelerada sembla que és deguda a un misteriós component invisible de l’Univers, anomenat energia fosca, que és consistent amb la teoria general de la relativitat d’Einstein, però extremadament difícil de conciliar amb el nostre coneixement actual de la física de partícules.
Combinant les observacions fetes per eBOSS amb els estudis sobre l’etapa més primerenca de l’Univers, els investigadors han obtingut una imatge amb algunes incompatibilitats. El mesurament del ritme actual d’expansió de l’Univers és aproximadament un 10% inferior al valor trobat quan es mesura el ritme d’expansió utilitzant la distància a galàxies properes.
«L’alta precisió de les dades fa molt improbable que aquest desajust sigui degut a l’atzar», apunta Andreu Font Ribera, investigador de l’IFAE a Barcelona, que ha liderat la interpretació dels resultats. «La gran varietat de dades d’eBOSS fa que s’arribi a aquesta mateixa conclusió de diverses maneres independents», explica.
Segons els investigadors, «no hi ha cap explicació àmpliament acceptada per a aquesta discrepància en les mesures de les taxes d’expansió, però una possibilitat emocionant és que una forma prèviament desconeguda de matèria o energia de l’Univers primerenc hagués deixat una empremta en l’expansió que observem en l’actualitat». Tots aquests resultats han vist la llum avui amb la publicació de més de vint articles científics a ArXiv, documents que descriuen, al llarg de més de cinc-centes pàgines, les anàlisis de les últimes dades d’eBOSS. Amb aquesta fita es compleixen els objectius clau de l’estudi.
Els diferents grups de l’equip eBOSS, situats en universitats de tot el món, s’han centrat en diferents aspectes de l’anàlisi. Els investigadors han utilitzat galàxies vermelles i massives per obtenir la part del mapa datada fa 6.000 milions d’anys. Per a distàncies més llunyanes, han fet servir galàxies blaves més joves. Finalment, s’han utilitzat quàsars per obtenir el mapa de l’Univers de fa 11.000 milions d’anys i temps anteriors.
Per revelar els patrons de l’Univers s’ha fet una anàlisi molt acurada de cada mesura, amb l’objectiu d’eliminar possibles contaminants. «Hem mesurat les propietats estadístiques d’aquests mapes de galàxies i hem deduït la taxa a la qual s’expandeix l’Univers al llarg del temps», explica Santiago Ávila, de la Universitat Autònoma de Madrid (UAM), que ha desenvolupat nous mètodes per simular per ordinador mapes de galàxies com els que s’observen en aquest estudi. Ávila afegeix: «En combinació amb dades addicionals del fons còsmic de microones i observacions de supernoves, hem deduït que la curvatura geomètrica de l’Univers és, de fet, plana, i també hem mesurat la taxa d’expansió local amb una precisió superior a l’1%».
Seguint el camí de l’SDSS, ja s’està treballant en la següent generació de telescopis que rellevaran eBOSS. Es començarà a finals d’any amb el Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI), que observarà deu vegades més galàxies i quàsars que eBOSS gràcies a un nou instrument localitzat a l’Observatori Nacional de Kitt Peak (Arizona, Estats Units). Al mateix temps, l’Agència Espacial Europea planeja per al 2022 el llançament del satèl·lit Euclid, equipat amb un telescopi únic que proporcionarà una visió complementària de l’Univers. Aquests instruments, tots dos amb participació espanyola, aportaran dades amb una precisió mai vista fins ara, fet que ens permetrà resoldre l’enigma de l’energia fosca i la discordança entre el ritme d’expansió de l’Univers local i el primitiu. O potser, revelaran més sorpreses.
