Buscar energía oscura con un conjunto de datos mundial de supernovas

newSN-Union2Unas restricciones más estrechas procedentes de los últimos análisis, aún no son lo bastante estrechas.

El Proyecto Cosmología de Supernovas (SCP), con sede en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley del Departamento de Energía de los Estados Unidos, ha anunciado la recopilación Union2 de cientos de supernovas de Tipo Ia, la mayor colección de datos de alta calidad procedente de numerosos estudios. Los análisis de la nueva compilación estrecha significativamente los posibles valores que podría tomar la energía oscura – pero no lo suficiente para decidir entre las distintas teorías sobre su naturaleza.

“Hemos usado el mejor conjunto de datos del mundo de supernovas de Tipo Ia para determinar las mejores restricciones a la energía oscura”, dice Saul Perlmutter, líder del SCP. “Hemos ajustado a energía oscura a desplazamientos al rojo de uno” – cuando el universo tenía apenas 6000 millones de años, o menos de la mitad de su edad actual — “pero aunque a desplazamientos al rojo mejores los valores son perfectamente consistentes con una constante cosmológica, la cuestión más importante aún permanece”.

Esto se debe a que los posibles valores de la energía oscura procedente de los datos de supernovas aumentan su incertidumbre a desplazamientos al rojo mayores de un medio, el rango donde los efectos de la energía oscura sobre la expansión del universo son más aparentes cuando miramos más atrás en el tiempo. Perlmutter dice sobre los amplios márgenes de error a desplazamientos al rojo más altos que: “Ahora podrías conducir un camión a través de ellos”.

Como implica su nombre, la constante cosmológica llena el espacio con una presión constante, contrarrestando la atracción gravitatoria mutua de toda la materia del universo; a menudo se identifica con la energía del vacío. Si, efectivamente, la materia oscura resulta ser la constante consmológica, sin embargo, surgirán aún más cuestiones.

“Hay una enorme discrepancia entre las predicciones teóricas para la energía del vacío y la energía oscura medida”, dice Rahman Amanullah, que lideró el análisis Union2 del SCP; Amanullah está actualmente en el Centro Oskar Klein de la Universidad de Estocolmo y fue miembro posdoctoral en la División de Física del Laboratorio Berkeley desde 2006 a 2008. “Si resulta que en el futuro la energía oscura es consistente con la constante cosmológica también en los inicios del universo, será un enorme reto explicar esto a nivel teórico fundamental”.

Un gran grupo de teorías rivales proponen una forma dinámica de energía oscura que varía con el tiempo. Elegir entre las teorías significa comparar lo que predicen sobre la ecuación de estado de la energía oscura, un valor denominado w. Aunque el nuevo análisis no ha detectado cambios en w, hay mucho espacio para posibles diferencias significativas en w con un mayor desplazamiento al rojo (denominado z).

“La mayor parte de las teorías de energía oscura no está lejos de la constante cosmológica en z menor que uno”, dice Perlmutter. “Estamos buscando desviaciones de w en z altos, pero los valores están muy poco restringidos”.

En su nuevo análisis que se publicará en la revista Astrophysical Journal, “Spectra and HST light curves of six Type Ia supernovae at 0,511 < z < 1,12 and the Union2 compilation”, El Proyecto de Cosmología de Supernovas informa de la suma de varias supernovas muy lejanas de medición exacta a la compilación Union2. El artículo está disponible on-line en http://arxiv4.library.cornell.edu/abs/1004.1711

La energía oscura llena el universo pero, ¿qué es?

La energía oscura se descubrió a finales de la década de 1990 por parte del Proyecto Cosmología de Supernovas y su rival el Equipo de Búsqueda de Supernovas de Z Alta, ambos usando las supernovas de Tipo Ia como “candelas estándar” para medir la historia de expansión del universo. Para su sorpresa, ambos equipos encontraron que la expansión no está frenando debido a la gravedad, sino acelerando.

Se han desarrollado otros métodos para medir la historia de la expansión cósmica, incluyendo la oscilación acústica bariónica y la lente gravitatoria débil, pero las supernovas siguen siendo la técnica más avanzada. Es más, en los años desde que se descubrió la energía oscura usando apenas una docena de supernovas de Tipo Ia, se han iniciado muchas investigaciones en telescopios terrestres y en el Telescopio Espacial Hubble; se han descubierto muchos cientos de Tipos Ia; y las técnicas para medirlas y compararlas han mejorado constantemente.

En 2008 el SCP, que lideró el trabajo del miembro del equipo Marek Kowalski de la Universidad Humboldt en Berlín, creó una forma de correlacionar y analizar conjuntos de datos de distintos estudios hechos con instrumentos diferentes, dando como resultado la primera compilación Union de SCP. En 2009 se añadieron una serie de nuevos estudios.

La inclusión de seis nuevas supernovas de alto desplazamiento al rojo encontradas por el SCP en 2001, incluyendo dos con una z mayor que ninguna otra, es la primera de una serie de adiciones de desplazamiento al rojo muy altas a la compilación Union2 que se anuncia ahora, y lleva el número actual de supernovas totales en el catálogo a 557.

“Incluso con los principales observatorios astronómicos del mundo obteniendo datos de buena calidad en tiempo crítico, de supernovas que están más allá de un desplazamiento al rojo de uno, ésta es una tarea compleja”, dice el miembro del SCP Chris Lidman del Observatorio Anglo-Australiano cerca de Sydney, uno de los principales contribuyentes al análisis. “Requiere la colaboración entre astrónomos que están dispersos por varios continentes y zonas horarias. El buen trabajo en equipo es esencial”.

Union2 no sólo ha añadido muchas nuevas supernovas a la compilación Union, sino que ha refinado los métodos de análisis y en algunos casos ha mejorado las observaciones. Las últimas supernovas de alto z en Union2 incluyen las supernovas más lejanas que están disponibles para observaciones del infrarrojo cercano terrestres, una valiosa oportunidad para comparar las observaciones terrestres con las del Telescopio Espacial Hubble de supernovas muy lejanas.

Las supernovas de Tipo Ia son las mejores candelas estándar encontradas para medir distancias cósmicas debido a que la gran mayoría son muy brillantes y similares entre sí en brillo. El ajuste de la curva de luz es el método básico para estandarizar qué variaciones de brillo quedan: las curvas de luz de supernovas (sus aumentos y descensos de brillo a lo largo del tiempo) se comparan y ajustan de manera uniforme para dar un brillo intrínseco comparativo. Las curvas de luz de cientos de supernovas en el catálogo Union2 se ha reanalizado de manera constante.

El objetivo de estos esfuerzos es un mejor manejo de los errores sistemáticos y mejorar las restricciones sobre los valores de la ecuación de estado de la energía oscura con un desplazamiento al rojo cada vez mayor, aunque con una mayor incertidumbre a desplazamientos al rojo muy altos. Cuando se combinan los datos del fondo de microondas cósmico con los estudios de oscilación de bariones, persiste la “cosmología del mejor encaje” en el modelo de Materia Oscura Fría Lambda, o ΛCDM.

ΛCDM se ha convertido en el modelo estándar de nuestro universo, el cual se inició con un Big Bang, pasó por un breve periodo de inflación, y continuó expandiéndose, aunque al principio retardado por la atracción gravitatoria mutua de la materia. Cuando la materia se dispersaba y se hacía menos densa, la energía oscura superó a la gravedad, y la expansión se ha estado acelerando desde entonces.

Para saber qué es la energía oscura, sin embargo, primero se necesitará que los científicos capten muchas más supernovas a desplazamientos al rojo altos y estudien cuidadosamente sus curvas de luz y espectros. Esto no puede hacerse con telescopios, ya sean en el terreno o por telescopios espaciales. Aprender la naturaleza de lo que forma tres cuartas partes de la densidad de nuestro universo, requerirá un observatorio dedicado en el espacio.


Autor: Paul Preuss
Fecha Original: 21 de abril de 2010
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