Nous resultats de DESI reforcen les indicacions que l’energia fosca canvia amb el temps

El destí final de l’univers depèn del balanç entre la matèria i l’energia fosca, l’ingredient fonamental que en demostra l’expansió accelerada. Nous resultats de l’Instrument Espectroscòpic d’Energia Fosca (DESI, per les sigles en anglès) utilitzen el mapa en 3D més gran de l’univers que mai s’ha construït per caracteritzar la influència de l’energia fosca en l’expansió de l’univers durant els darrers 11.000 milions d’anys. En aquest estudi s’observen indicis que l’energia fosca, que es pensava que era una constant cosmològica, podria evolucionar amb el temps de maneres inesperades.

El DESI és un experiment internacional en què participen més de nou-centes persones de més de setanta institucions de tot el món i que lidera el Laboratori Lawrence Berkeley, als Estats Units. L’equip que hi col·labora ha fet públiques les troballes en múltiples articles enviats al repositori digital ArXiv i en una ponència en la Cimera Global de la Societat de Física Americana (APS), que va tenir lloc a Anaheim (Califòrnia).

«Els resultats que hem obtingut són molt interessants», afirma Andreu Font-Ribera, científic de l’IFAE i membre de l’equip del DESI que ha desenvolupat l’estudi. «Sembla que estem a punt de presenciar un canvi de paradigma en els models d’evolució de l’univers, i això és molt emocionant».

Per si soles, les dades del DESI són coherents amb el model estàndard de l’univers, ΛCDM (en què CDM, sigla en anglès de cold dark matter, és la matèria fosca freda, mentre que Λ representa l’explicació més senzilla de l’energia fosca, en què es comporta com una constant cosmològica). No obstant això, quan es combinen amb altres mesures, hi ha indicacions creixents que l’impacte de l’energia fosca es pot estar debilitant amb el temps. Això suggereix que altres models, diferents de l’acceptat comunament, podrien proporcionar una explicació millor de l’evolució còsmica. Aquestes altres mesures inclouen la llum romanent de l’alba de l’univers (la radiació de fons de microones o CMB), explosions estel·lars (supernoves) i les distorsions en la propagació de la llum causades per la gravetat (efecte de lent gravitacional dèbil).

«A parer meu, encara és d’hora per afirmar amb rotunditat que hem descobert que l’energia fosca sigui canviant», explica Eusebio Sánchez, investigador científic en el CIEMAT, que ha participat en l’anàlisi de les dades. «Tanmateix, el fet que diferents projectes independents observin resultats similars fa que la situació sigui especialment interessant».

Fins ara, la preferència per una energia fosca canviant no ha assolit «les 5 sigmes», la convenció estadística usada en física que fixa el llindar necessari per considerar si una mesura es considera un descobriment. L’anàlisi de diferents combinacions de les dades del DESI amb la CMB i diversos conjunts de supernoves es troba en un rang que va entre les 2,8 i les 4,2 sigmes (un esdeveniment de 3 sigmes té una probabilitat del 0,3 % de ser una fluctuació estadística, però molts esdeveniments de 3 sigmes en física han desaparegut en recollir més dades). L’anàlisi ha utilitzat una tècnica amb cegament doble, que oculta els resultats fins al final, de manera que mitiga qualsevol biaix inconscient sobre les dades.

«Aquestes dades podrien indicar que l’univers és més complex del que pensàvem fins ara», apunta Sergi Novell Masot, estudiant de doctorat de l’Institut de Ciències del Cosmos (ICCUB) i membre de l’Institut d’Estudis Espacials de Catalunya (IEEC), que recentment també ha publicat un estudi complementari usant els mapes del DESI. «Tanmateix, abans de treure conclusions definitives, cal entendre bé les dades de supernoves i CMB, que, quan es combinen amb els resultats del DESI, sembla que apunten en aquesta direcció».

El DESI representa el cartografiat en 3D més extens del cosmos que mai s’ha fet. Té un instrument capdavanter que captura llum de cinc mil galàxies simultàniament. Els grups espanyols del DESI van tenir un paper cabdal a construir-lo i participen en l’operació d’aquest instrument. 

El DESI està muntat al telescopi Nicholas U. Mayall, de quatre metres, situat a l’Observatori Nacional de Kitt Peak, a Arizona (Estats Units). L’experiment es troba en el quart any de presa de dades, d’un total previst de cinc. Està planejat que hagi mesurat uns cinquanta milions de galàxies i quàsars (objectes molt brillants i extremament llunyans que allotgen forats negres en el nucli) en acabar el projecte.

La nova anàlisi utilitza les dades dels tres primers anys d’observació: prop de quinze milions de galàxies i els quàsars més ben mesurats. Significa un avenç importantíssim, i la precisió de l’experiment ha millorat respecte a la primera anàlisi del DESI —que també va observar pistes d’energia fosca canviant—, perquè el conjunt de dades ha augmentat en un factor més gran que 2.

«Si es confirmés, seria un dels resultats més importants de les últimes dècades en cosmologia, perquè obre les portes a noves idees més enllà del model estàndard ΛCDM», comenta Juan García-Bellido, investigador de l’IFT (UAM i CSIC), que ha col·laborat en aquests mesuraments. «Si els resultats adquireixen més significança amb mesuraments futurs, podríem explorar idees com noves teories de la gravetat o la quinta essència, que prediuen una acceleració variable de l’expansió de l’univers».

«Els resultats observacionals que obtenim sobre com evoluciona l’univers obren un ventall molt ampli de possibles teories que poden explicar el que observem», comenta Francisco Javier Castander, investigador de l’Institut de Ciències de l’Espai (ICE-CSIC) i de l’IEEC, que ha contribuït a l’experiment. «Independentment de quina sigui la naturalesa de l’energia fosca, les seves propietats determinaran el futur de l’univers. És molt gratificant comprovar com l’instrument que hem construït ens permet observar el cel i estudiar l’univers en detall, per poder respondre, així, a una de les preguntes més transcendents que s’ha plantejat la humanitat».

Hi ha vídeos que presenten la nova anàlisi disponibles al canal de YouTube del DESI. A més de fer públics els últims resultats en la Cimera de la Societat de Física Americana (APS), la col·laboració del DESI també ha anunciat que el primer llançament públic de dades (DR1) es troba disponible per ser explorat. Aquest conjunt de dades conté milions d’objectes celestes i s’hi pot fer un rang molt ampli de recerques astrofísiques, que se sumen a les metes cosmològiques del DESI.

El DESI rep finançament de les institucions següents: l’Oficina de Ciència del Departament d’Energia i el Centre de Computació Científica en Energia (NERSC), la Fundació Nacional de Ciència (NSF), als Estats Units, i també la Divisió de Ciències Astronòmiques (AST), mitjançant un contracte amb l’Observatori Nacional d’Astronomia Òptica de l’NSF; el Consell d’Instal·lacions de Ciència i Tecnologia (STFC), al Regne Unit; les fundacions Gordon i Betty Moore i Heising-Simons, als Estats Units; el Comissariat de l’Energia Atòmica i les Energies Alternatives (CEA), a França; el Consell Nacional de Ciència i Tecnologia (CONACYT), a Mèxic; el Ministeri de Ciència, Innovació i Universitats d’Espanya, i les institucions membres del DESI.

L’equip de col·laboració en el DESI agraeix que li permetin dur a terme recerques astronòmiques a Du’ag, a Kitt Peak (Arizona), una muntanya amb un significat especial per a la reserva índia de la nació Tohono O’odham.

En l’àmbit estatal hi participen el CIEMAT, l’ICE (CSIC), l’ICCUB, l’IFAE, l’IFT (UAM i CSIC), l’Institut d’Astrofísica d’Andalusia (IAA) i l’Institut d’Astrofísica de les Canàries (IAC).

Es pot consultar la llista completa de les institucions que hi participen i més informació relacionada a la pàgina web del DESI.