Eco nacido de la energía oscura ✛

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A 380 mil años después del Big Bang, el universo se enfrió lo suficiente como para que la luz se separara del plasma. Este fondo cósmico de microondas aún impregna el cosmos, como el primer acorde de una sinfonía, el eco de un comienzo caliente. Siglos más tarde, Georges Lemaître y Edwin Hubble notaron que las galaxias se alejan; el descubrimiento de la expansión del universo se convirtió en una conmoción a finales de la década de 1990, cuando Saul Perlmutter, mediante el brillo de supernovas, demostró que la expansión se acelera. La responsable es la energía oscura, una sustancia misteriosa que constituye casi el 70% de todo lo que existe. Pero su naturaleza aún se nos escapa. La mayoría de las pruebas miden la geometría del mundo; mucho más reveladora es una prueba dinámica que muestra cómo la energía oscura frena el nacimiento de galaxias y cúmulos. Esa prueba se ha logrado mediante un efecto descubierto hace medio siglo: el efecto Sachs-Wolfe integrado.

Cuando los fotones del fondo cósmico de microondas atraviesan los cambiantes pozos gravitacionales de la estructura a gran escala, su energía se desplaza ligeramente. Es como si el último acorde, al reflejarse en las paredes de una catedral, cambiara de tono según cómo se van levantando esas paredes. La integral del desplazamiento a lo largo de todo el camino es justamente el eco de la energía oscura. Sin embargo, detectarlo es sumamente difícil: las fluctuaciones primigenias del fondo de microondas son cientos de veces más intensas. En el nuevo trabajo se combinaron dos mapas celestes. El primero, el mapa de microondas del satélite Planck. El segundo, el fondo infrarrojo, reconstruido a partir de 600 millones de galaxias del telescopio WISE, que sirve como mapa de la distribución de materia hasta un corrimiento al rojo z≈2,5. La herramienta estadística es el método de los k vecinos más cercanos (kNN): no analiza simplemente pares de píxeles, sino la distribución de distancias a los puntos más cercanos, extrayendo la señal del ruido como un oído entrenado que distingue un eco en medio de un coro de voces.

El resultado recompensa décadas de espera. La amplitud de la señal cruzada coincidió con las predicciones del modelo estándar ΛCDM con una significancia de 4,8σ, un 20% superior a la del análisis de dos puntos convencional. No se trata de un mero ajuste de parámetros: el método muestra por primera vez cómo la energía oscura influye en el crecimiento de las estructuras en tiempo real. Las simulaciones numéricas a gran escala Millennium-XXL, con halos coloreados por su luminosidad infrarroja, confirmaron que la señal es robusta y que su naturaleza es precisamente el eco gravitacional de la telaraña cósmica.

Ahora que la prueba dinámica ha funcionado, se abre el camino hacia la tomografía: al dividir el universo en capas temporales, podemos trazar la historia de la aceleración. El nuevo sondeo SPHEREx, cuyo lanzamiento está previsto para mediados de la década de 2020, proporcionará mapas infrarrojos multicolor de todo el cielo. Con ellos, el fondo infrarrojo se dividirá en docenas de épocas y veremos no solo un simple eco, sino todo un oratorio. Quizás el parámetro w —la ecuación de estado de la energía oscura— resulte no ser constante, y entonces el modelo estándar ΛCDM se tambalearía. Por ahora, el eco suena al unísono con la constante cosmológica de Einstein. Nuestro oído se está afinando.