La energía oscura podría estar cambiando y transformando el Universo

Desde principios del siglo XX, los científicos han reunido evidencia convincente de que el Universo se está expandiendo y que esta expansión se acelera. La fuerza responsable de esta aceleración se denomina energía oscura, una propiedad misteriosa del espacio-tiempo que se cree empuja a las galaxias a separarse. Durante décadas, el modelo cosmológico predominante, conocido como Lambda Cold Dark Matter (?CDM), ha asumido que la energía oscura permanece constante a lo largo de la historia cósmica. Esta suposición, simple pero poderosa, ha sido la base de la cosmología moderna. Sin embargo, deja una pregunta clave sin respuesta: ¿y si la energía oscura cambia con el tiempo en lugar de permanecer fija?

Recientes observaciones han comenzado a desafiar esta visión arraigada. Los datos del Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI), un proyecto avanzado que mapea la distribución de galaxias en el Universo, sugieren la posibilidad de un componente de energía oscura dinámica (DDE). Este hallazgo marcaría un cambio significativo respecto al modelo estándar ?CDM. Si bien esto apunta a una historia cósmica más intrincada y en evolución, también expone una gran brecha en la comprensión: cómo una energía oscura dependiente del tiempo podría moldear la formación y el crecimiento de las estructuras cósmicas sigue siendo incierto.

Simulando un Universo en Evolución

Para explorar este misterio, un equipo liderado por el Profesor Asociado Tomoaki Ishiyama del Consejo de Mejora de Transformación Digital de la Universidad de Chiba en Japón, llevó a cabo una de las simulaciones cosmológicas más extensas jamás realizadas. Los colaboradores incluyeron a Francisco Prada del Instituto de Astrofísica de Andalucía en España y Anatoly A. Klypin de la Universidad Estatal de Nuevo México en Estados Unidos. Su estudio, publicado en Physical Review D (Volumen 112, Número 4), investigó cómo una energía oscura variable en el tiempo podría influir en la evolución del cosmos y ayudar a interpretar futuras observaciones astronómicas.

Utilizando la supercomputadora insignia de Japón, Fugaku, los investigadores ejecutaron tres grandes simulaciones N-body de alta resolución, cada una con un volumen computacional ocho veces mayor que trabajos anteriores. Una simulación siguió el modelo estándar Planck-2018 ?CDM, mientras que otras dos incorporaron energía oscura dinámica. Al comparar el modelo DDE con parámetros fijos con el modelo estándar, pudieron aislar los efectos de un componente de energía oscura cambiante. Una tercera simulación utilizó parámetros extraídos de los datos del primer año de DESI, revelando cómo un modelo cosmológico "actualizado" podría comportarse si la energía oscura realmente varía con el tiempo.

Cómo un Pequeño Cambio Puede Remodelar el Universo

Los resultados mostraron que la influencia de las variaciones de la energía oscura por sí sola era relativamente sutil. Sin embargo, una vez que los investigadores ajustaron los parámetros cosmológicos de acuerdo con los datos de DESI, particularmente aumentando la densidad de materia en aproximadamente un 10%, las diferencias se volvieron notables. Una mayor densidad de materia fortalece la atracción gravitacional, lo que acelera la formación de cúmulos masivos de galaxias. En este escenario, el modelo DDE basado en DESI predijo hasta un 70% más de cúmulos masivos en el Universo temprano que el modelo estándar. Estos cúmulos forman el marco cósmico sobre el cual se ensamblan galaxias y grupos de galaxias.

El equipo también examinó las oscilaciones acústicas baryónicas (BAOs), patrones dejados por ondas sonoras en el Universo temprano que sirven como "reglas cósmicas" para medir distancias. En la simulación DDE derivada de DESI, el pico BAO se desplazó un 3.71% hacia escalas más pequeñas, coincidiendo estrechamente con las observaciones reales de DESI. Este fuerte acuerdo confirmó que el modelo no solo refleja predicciones teóricas, sino que también se alinea bien con datos del mundo real.

Mapeando Cúmulos de Galaxias y Estructura Cósmica

Además, los investigadores analizaron cómo se agrupan las galaxias a lo largo del cosmos. El modelo DDE basado en DESI produjo un agrupamiento notablemente más fuerte que la versión estándar ?CDM, particularmente en escalas más pequeñas. El agrupamiento mejorado resulta directamente de la mayor densidad de materia, que amplifica la unión gravitacional. Esta estrecha coincidencia entre simulación y observación respalda aún más la validez del modelo de energía oscura dinámica.

En general, los hallazgos del equipo aclaran cómo tanto la energía oscura como la densidad de materia moldean la estructura a gran escala del Universo. "Nuestras grandes simulaciones demuestran que las variaciones en los parámetros cosmológicos, particularmente la densidad de materia en el Universo, tienen una mayor influencia en la formación de estructuras que el componente DDE por sí solo", afirmó el Dr. Ishiyama.

Preparándose para la Próxima Generación de Encuestas Cósmicas

Con nuevas campañas de observación en el horizonte, estas simulaciones jugarán un papel crucial en la interpretación de los resultados venideros. "En un futuro cercano, se espera que las encuestas de galaxias a gran escala del Subaru Prime Focus Spectrograph y DESI mejoren significativamente las mediciones de los parámetros cosmológicos. Este estudio proporciona una base teórica para interpretar dichos datos futuros", concluyó el Dr. Ishiyama.