La misión Euclid colocará un telescopio espacial a 1,5 millones de kilómetros de la Tierra y ayudará a desentrañar dos grandes enigmas para la ciencia: “Si queremos soñar con cosas como la teletransportación, comprender el universo oscuro quizás sea la puerta”
NotMid 29/0672023
Ciencia y Tecnología
Conocer los ingredientes que componen el universo, o lo que es lo mismo, de qué está hecho, es uno de los grandes anhelos de la ciencia y también uno de los mayores enigmas. Porque aunque parezca increíble, sólo el 5% es materia ordinaria o visible,como la materia de la que estamos hechos, o están hechos los planetas, las estrellas y todo lo que podemos ver a nuestro alrededor. El resto, nada menos que un 95%, pertenece a lo que los cosmólogos denominan el universo oscuro. Y es tan emocionante e intrigante como suena.
Si comparamos el cosmos con una tarta imaginaria, una cuarta parte sería materia oscura, casi tres cuartas partes del pastel (el 70%) lo ocuparía la energía oscura y una pequeña porción, de sólo el 5%, sería la materia visible. Sobre estos componentes oscuros, en especial sobre la materia oscura, los científicos tienen alguna pista pero realmente ni siquiera pueden definirlos bien. Por eso, este sábado un telescopio espacial llamado Euclid despegará rumbo a un lugar situado a 1,5 millones de kilómetros de la Tierra para intentar desentrañar los misterios de ese fascinante universo oscuro
Como explica Guadalupe Cañas, investigadora Postdoctoral en Cosmología en la Agencia Espacial Europea (ESA), “la misión Euclid forma parte del programa Cosmic Vision que entre otros objetivos, tiene dos preguntas muy importantes: cuáles son las leyes fundamentales de la física, y la segunda, cómo se originó el universo y de qué está compuesto”. Y comprender qué es la energía y la materia oscura son posiblemente el mayor reto de la física actualmente.
¿Por qué es tan importante investigar el universo oscuro si ni siquiera podemos verlo?
“Este es el universo en el que vivimos y el único que conocemos. Probablemente hay otros universos, pero no lo sabemos. Lo que es extraordinario es que desde hace un siglo podemos observar con telescopios sus confines, hemos validado mucha física por todo el universo. Queremos entender cómo es la burbuja en la que vivimos, y todo lo que hemos validado con nuestra física y la química en nuestro planeta es válido para todo el universo, lo cual es fascinante, pero hay dos cosas que todavía no entendemos”, responde Markus Kissler-Patig, Jefe del Departamento de Ciencia y Operaciones de la ESA, durante una entrevista en el Centro Europeo de Astronomía Espacial (ESAC), en Villanueva de la Cañada (Madrid), donde un equipo de científicos de Euclid presentó hace unos días esta misión que cuenta un presupuesto de unos 1.000 millones de euros, con Thales Alenia Space Italia como contratista principal de un consorcio industrial al que contribuyen 80 empresas, ocho de las cuales son españolas.
Antes de seguir y para intentar entender la importancia de este asunto, Kissler-Patig nos da una breve explicación sobre física: “Esencialmente hay cuatro leyes que gobiernan todo, que son la gravedad, el electromagnetismo, la interacción fuerte y la interacción débil. Lo que observamos en el universo, pero no en la Tierra, es algo que llamamos materia porque tiene gravedad, pero no interacciona con la luz electromagnética y aunque en la Tierra no la tengamos, el universo está lleno de ella. Lo llamamos materia oscura porque no interacciona con la luz, y hay cinco veces más materia oscura que materia visible en el universo. Y para entender las leyes de la física en nuestro universo, nos gustaría comprender la naturaleza de esta materia oscura, qué es lo que es, ¿es algo en nuestras leyes de la física que no hemos entendido?”, resume. “Llamamos a algo oscuro cuando no entendemos qué es, pero también porque no interacciona con el electromagnetismo. Lo que tiene que ver con la luz no afecta a la materia oscura, que parece ser completamente inmune al electromagnetismo, pero tiene gravedad así que es materia”, argumenta.
¿Y la energía oscura? “Es algo totalmente diferente. La llamamos energía, pero no estamos seguros de que sea energía, y la llamamos oscura porque no la entendemos, entre otras razones, y la verdad es que es un buen nombre”, señala. “¿Cómo la descubrimos? Sabemos que nuestro universo nació con el Big Bang y ahora se está expandiendo. Pero ¿tiene el universo suficiente materia como para desacelerar esa expansión? ¿Hay tanta materia que puede colapsar por sí mismo? ¿O no hay suficiente materia para desacelerar esa expansión y va a estar expandiéndose siempre? Son preguntas que nos estamos haciendo desde hace sólo 20 o 30 años, aunque hace un siglo Albert Einstein, Georges Lemaître y otros ya pensaban sobre cómo describir la geometría del universo y tuvieron algunas ideas”, repasa este responsable científico de la ESA.
Todas las observaciones que están haciendo, asegura, parecen mostrar que tenemos la cantidad adecuada de energía en el universo y que va a haber un equilibrio: “Hemos observado, y por eso se concedió el Nobel en 2011, que el universo no sólo se está expandiendo, sino que se está acelerando, pero no tenemos ni idea de por qué ocurre. Pero si quieres impulsar algo como el universo con esa velocidad necesitas energía a la escala del universo, y esa energía es lo que llamamos energía oscura”. O en otras palabras: “Intentamos entender las fuerzas de la física de lo que aún no sabemos qué es pero está ahí. Hay algo que hace que el universo se acelere“.
Y por ello, quieren averiguar cómo es la naturaleza de la materia oscura y de la energía oscura. “La energía oscura es un capítulo distinto a la materia oscura, que, al tener gravedad, tenemos algunas pistas de lo que podría ser. Pero de la energía oscura tenemos cero pistas“, admite Markus Kissler-Patig.
Ojalá nos encontremos alguna sorpresa, pero no vamos a ciegasGuadalupe Cañas, investigadora en Cosmología de la Agencia Espacial Europea (ESA)
“En particular, estamos interesados en la energía oscura porque creemos que es la responsable de que el universo se esté expandiendo de manera acelerada. Nos expandimos y cada vez más rápidamente”, expone Guadalupe Cañas. Lo que desean hacer es poner bajo escrutinio el modelo actual que nos permite explicar la mayoría de observaciones cosmológicas, lo que denominan modelo cosmológico estándar. “Si tuviéramos que definir a la misión Euclid con una frase corta, sencilla y directa diríamos: vamos a cartografiar el universo, y lo que vamos a hacer es un mapa en 3D de lo que se conoce como la estructura a gran escala del universo”. Ese mapa en 3D lo van a hacer tomando imágenes y distancias a galaxias que componen 10.000 millones de años de la historia del universo.
Tal y como explica Xavier Dupac, científico de Operaciones de Euclid, para hacer ese mapa van a observar el 35% de todo el cielo a lo largo de los seis años que va a durar la misión (con una posible extensión de otros cuatro años). “No queremos ver todo el cielo porque hay muchas zonas contaminadas por cosas que no son las galaxias lejanas, como una parte ocupada por la Vía Láctea, y otra por la luz zodiacal, que también queremos evitar porque la luz de las estrellas o el polvo interplanetario contamina nuestras imágenes. Por eso nos centramos en las zonas más limpias del cielo, que representan el 35% de la bóveda celeste”.
A la hora de conseguir esos objetivos científicos, “hay que tener en cuenta que la luz viaja muy rápido en el universo, y sólo podemos observar una pequeña parte del universo total que llamamos el universo observable, que ya contiene 400.000 millones de galaxias, y nosotros pretendemos observar con Euclid hasta 1.000 millones. Otro efecto que hay que entender es que cuanto más lejos observamos más en el pasado, mirando estas galaxias podemos ver realmente la evolución del universo”, resume Dupac.
Para obtener este mapa, precisa Cañas, “necesitamos hacer medidas, observaciones cosmológicas que nos permitan discernir dónde está colocada la materia en el universo. Y para eso vamos a usar dos efectos: el efecto de lente gravitatoria débil y el de oscilaciones acústicas bariónicas. Combinándolos, vamos a poder discernir cuánta materia oscura y si el modelo cosmológico estándar es el que es, o podemos encontrar un modelo mejor”.
El efecto de lente gravitatoria débil se basa en que la luz de las galaxias que están muy lejos nos llega distorsionada: “Es un efecto muy similar al que sucede cuando vemos una moneda en el fondo de una piscina desde fuera. Dependiendo de cuánta materia haya entre la galaxia y nosotros, y como estamos colocados respecto a esa galaxia, este efecto puede ser más fuerte o más sutil”.
“Y el segundo efecto”, prosigue Cañas, “se basa en cómo están colocadas las galaxias en el universo, pues siguen un patrón que viene determinado por algo que ya conocemos, entre otras razones, por las observaciones del fondo cósmico de microondas, que ya hemos estudiado con muchísimo detalle en la ESA con la misión Planck. En esta imagen del universo en la que solo tenía 300.000 años, podemos ver que hay zonas más densas y otras menos densas, es decir zonas más calientes y menos calientes. A medida que el universo ha ido expandiéndose y la gravedad ha jugado su papel, estas sobredensidades han evolucionado hasta formar estrellas y galaxias. Y ahora podemos ver las galaxias localizadas en esas zonas más densas”.
Pensábamos que sabíamos todo de la física pero hay físicas de las que no sabemos nadaMarkus Kissler-Patig, Jefe del Departamento de Ciencia y Operaciones de la ESA
¿Es posible que esa distribución de la tarta, la estimación que tienen sobre cuánta energía y materia oscura hay, cambie con el estudio de Euclid? “Ojalá nos encontremos alguna sorpresa, pero no vamos a ciegas. Esos porcentajes, un 70% de energía oscura, un 25% de materia oscura y un 5% de materia visible, los hemos obtenido con precisión estudiando el fondo cósmico de microondas, que es una medición del universo cuando era muy joven. Ahora vamos a estudiar el universo tal y como luce prácticamente ahora. Es posible que nos encontremos alguna sorpresa y esos porcentajes se modifiquen, pero tenemos apoyo de otros telescopios que también han obtenido porcentajes de esos componentes. Por eso necesitamos Euclid y su calidad de los datos”, argumenta la científica.
Respecto a si va a suponer un test a la Teoría de la Relatividad General de Einstein, Guadalupe Cañas recuerda que “gracias a que tenemos multitud de observaciones diferentes sabemos que el universo está en expansión acelerada y básicamente hay dos opciones: decir que necesitamos algo, que no sabemos qué es, que está incentivando esa expansión acelerada, que es lo que llamamos energía oscura. Y en particular, necesitamos que el universo tenga un 70% de energía oscura. Y hay otra opción, que esa expansión acelerada no venga fundamentada por un componente que no conocemos, sino que nuestra teoría de la gravedad, que es la Teoría de la Relatividad General de Einstein, esté incompleta o no la comprendamos bien, y que haya una teoría diferente que explicase ese escenario. Un ejemplo muy claro es que todos tenemos GPS en el móvil y funcionan, llegamos a los sitios. La tenemos probada pero a ciertas distancias, no hemos comprobado si a distancias más grandes la Teoría de la Relatividad General de Einstein funciona igual de bien”.
Por su parte, Xavier Tupac considera que “una de las preguntas más importantes para esta misión es si lo que llamamos energía oscura o energía del vacío es algo que cambia a lo largo del tiempo cósmico o no. Si es algo que tiene influencia sobre la forma en que el espacio se expande y la aceleración”.
Para Kissler-Patig, “lo interesante de Euclid es que vivimos en un universo que no es ni demasiado viejo ni demasiado grande y queremos entender cómo funciona, y de esto va la misión. Pero para mí lo más fascinante es que pensábamos que entendíamos todas las físicas de la Tierra, pero hemos descubierto que hay físicas de las que no sabemos nada. Si queremos soñar con cosas como la teletransportación, comprender el universo oscuro quizás sea la puerta para entender cómo hacerlo”
Daño colateral de la Guerra Ucrania-Rusia
Euclid fue uno de los daños colaterales de la Guerra Ucrania-Rusia. Inicialmente iba a ser lanzado con un cohete Soyuz desde la Guayana Francesa, pero al retirarse Rusia de las instalaciones del Puerto Espacial Europeo hubo que buscar una alternativa. Como explica Lucía Linares, responsable de estrategia y vuelos institucionales en la dirección del transporte espacial de la ESA, con el cohete Ariane 5 acabando su programa y sin tener aún disponible Ariane 6, se decidió recurrir a SpaceX, la empresa de Elon Musk, que lanzará el telescopio espacial a bordo de un cohete Falcon 9 desde Cabo Cañaveral.
La ventana de lanzamiento de la misión Euclid se abre el sábado 1 de julio y permanecerá abierta tres meses. Si se retrasa el despegue podría cambiar la planificación y el orden de observaciones a lo largo de los seis años.
Agencias / Space X / ESA