El telescopio Roman mapeará 1.000 millones de galaxias para descifrar la energía oscura

El Telescopio Espacial Roman despega este sábado rumbo al centro del problema de medición más abierto de la cosmología: dos formas independientes de medir qué tan rápido se expande el universo discrepan en un 8 %. Mide el fondo cósmico de microondas — luz de 380 000 años después del Big Bang — y la tasa de expansión da cerca de 67 kilómetros por segundo por megápársec. Mide estrellas cefeidas y supernovas Tipo Ia cercanas y obtienes aproximadamente 73. La brecha entre ambas tiene un ancho de 4 a 6 desviaciones estándar. En física, eso no es un error de redondeo. Es una señal de que algo en el modelo estándar está mal.

El Telescopio Espacial Nancy Grace Roman, que despega a las 7:26 a. m., hora del Este, desde Cabo Cañaveral en un cohete Falcon Heavy de SpaceX, es el instrumento más capaz diseñado hasta ahora para averiguar qué. Con un espejo de 2.4 metros — el mismo diámetro que el del Hubble — y una cámara de infrarrojo cercano de 300 megapíxeles que ve una porción del cielo 200 veces más amplia que el campo de visión del Hubble, Roman puede construir los mapas a gran escala de la distribución de galaxias que la tensión actual exige.

La evidencia que rompió el modelo estándar

La energía oscura se identificó en 1998, cuando dos equipos independientes que medían las distancias y velocidades de alejamiento de supernovas Tipo Ia descubrieron que las galaxias lejanas se alejaban más rápido de lo que la expansión desacelerada por la gravedad debería permitir. La observación obtuvo el Premio Nobel de 2011 e insertó un término — la constante cosmológica Λ — en el modelo estándar de la cosmología. Λ sostiene que la energía oscura es constante tanto en densidad como en carácter, una propiedad fija del espacio mismo.

Lectura recomendadaDESI no buscaba cuestionar el modelo estándar. Sus mapas lo lograron.

Dos hallazgos recientes han complicado ese panorama. El Instrumento Espectroscópico para la Energía Oscura (DESI) publicó resultados que muestran que las oscilaciones acústicas de bariones — patrones de densidad periódicos congelados en la red cósmica desde 380 000 años después del Big Bang — ajustan mejor los datos si la fuerza de la energía oscura ha cambiado con el tiempo. El hallazgo no prueba una variación; es un indicio, y el caso estadístico aún no es concluyente. Pero es el desafío empírico más significativo contra Λ desde el Nobel.

La tensión de Hubble añade un segundo punto de presión. Si el modelo estándar es correcto, tanto las mediciones del universo temprano como las locales deberían converger en la misma tasa de expansión. No lo hacen. El análisis más reciente, que utiliza cefeidas calibradas con el JWST, confirma el valor local cerca de 73 km/s/Mpc. El valor derivado del CMB se mantiene cerca de 67. La discrepancia no se ha reducido con más datos — ha crecido.

Qué medirá Roman y cómo

Roman atacará el problema de la energía oscura a través de tres canales independientes.

El primero son las supernovas Tipo Ia, que funcionan como marcadores de distancia estandarizables: cada una alcanza un brillo máximo predecible que revela qué tan lejos está. Comparar la distancia con el corrimiento al rojo — cuánto se ha estirado la luz de una galaxia por la expansión del universo — da la tasa de expansión en esa época cósmica. Se espera que Roman descubra miles de supernovas por año en un rango de corrimiento al rojo mucho más amplio que el de los estudios terrestres, trazando la historia de aceleración del universo con una precisión que los instrumentos actuales no pueden alcanzar.

El segundo canal son las oscilaciones acústicas de bariones. Esas ondas sonoras del universo temprano dejaron una escala característica impresa en cómo se agrupan las galaxias — una preferencia estadística por pares de galaxias separadas por unos 490 millones de años luz. Esa escala actúa como una “regla estándar”: mide qué tan grande aparece en diferentes corrimientos al rojo y puedes reconstruir la historia de expansión del universo en cada época cósmica. La imagen de campo amplio de Roman mapeará millones de galaxias, proporcionando un poder estadístico que los estudios actuales no pueden igualar.

El tercero es el lente gravitacional débil: la leve distorsión de las formas de galaxias de fondo por la masa de la estructura en primer plano. El lente rastrea cómo la materia se ha agrupado con el tiempo, algo sensible tanto a la densidad de la materia oscura como al comportamiento de la energía oscura. Combinado con los datos de supernovas y BAO, el lente proporciona una verificación cruzada que puede aislar si alguna discrepancia en la historia de expansión es real o instrumental.

En comparación con lo que vino antes

La cámara infrarroja del Hubble cubre unos 10 minutos de arco cuadrado por exposición. Roman cubre aproximadamente 0.28 grados cuadrados — cerca de 100 veces el área con resolución y profundidad comparables. Su instrumento de campo amplio verá porciones del cielo que al Hubble le tomarían años estudiar en semanas. JWST ofrece una profundidad extraordinaria pero un campo de visión similar al del Hubble; JWST es el microscopio, Roman es el lente gran angular. El Euclid de la ESA, lanzado en 2023 y ya devolviendo datos, cubre un campo más amplio que Roman pero con menor resolución espacial y profundidad; se espera que ambas misiones se complementen.

La diferencia de escala es el argumento central de la misión. Medir las propiedades de la energía oscura con la precisión necesaria para distinguir una verdadera constante cosmológica de una que evoluciona requiere muestras estadísticas de millones de objetos. La tensión de Hubble no puede resolverse con estudios pequeños — requiere un censo.

Lo que Roman no resolverá

Las mediciones de Roman afinarán considerablemente las restricciones sobre la energía oscura, pero no resolverán todas las preguntas que ahora se le atribuyen. El instrumento no puede detectar directamente la energía oscura — mide sus efectos sobre cantidades observables, y esas mediciones tienen sus propias incertidumbres sistemáticas. La calibración de supernovas Tipo Ia, por ejemplo, depende de las mediciones de distancia de las cefeidas, que a su vez dependen de cómo las propiedades de pulsación de esas estrellas se ven afectadas por su entorno químico. Esa cadena de calibración es precisamente donde reside la tensión de Hubble hoy.

Si los datos de Roman reducen la brecha de H0 — acercando las mediciones locales y del universo temprano — sugerirá que la tensión surgió de un error sistemático no contabilizado en mediciones anteriores. Si la brecha persiste o se amplía tras la calibración mejorada de Roman, sería una evidencia fuerte de que el modelo estándar es genuinamente incompleto. Ese resultado sería el más trascendental, pero no nombraría por sí mismo qué está mal — solo confirmaría que algo lo está.

Jason Rhodes, cosmólogo del Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL) de la NASA involucrado en la misión, describió el panorama actual con claridad: “Estamos empezando a ver tensiones entre mediciones del universo temprano y mediciones del universo tardío”. Roman fue diseñado específicamente para hacer que esas tensiones desaparezcan o se endurezcan hasta convertirse en una anomalía confirmada.

La puesta en marcha tomará aproximadamente de 90 a 100 días después del lanzamiento; se espera que las operaciones científicas comiencen a principios de 2027. El telescopio operará en el punto de Lagrange L2, a unos 1.5 millones de kilómetros de la Tierra, donde ya orbita JWST. La misión primaria abarca cinco años.

Preguntas frecuentes sobre el telescopio Roman y la energía oscura

¿Qué es exactamente la energía oscura?
La energía oscura es el nombre que se le da a la causa desconocida de la expansión acelerada del universo. Representa aproximadamente el 68 % del contenido total de energía del universo según las estimaciones actuales, pero su naturaleza física sigue siendo desconocida. El modelo más simple la trata como una densidad de energía constante inherente al espacio vacío. Modelos más complejos permiten que cambie con el tiempo o que difiera en carácter de la constante cosmológica. Roman está diseñado para distinguir entre esas posibilidades.

¿Qué es la tensión de Hubble?
La constante de Hubble (H0) mide qué tan rápido se expande el universo actualmente. Dos categorías amplias de medición — una que utiliza el fondo cósmico de microondas como punto de partida y la otra que utiliza velas estándar cercanas como las estrellas cefeidas y las supernovas — dan consistentemente valores diferentes, cerca de 67 y 73 km/s/Mpc respectivamente. La discrepancia es estadísticamente lo suficientemente significativa como para que no pueda explicarse plausiblemente por casualidad, pero su causa no está resuelta.

¿En qué se diferencia Roman del Telescopio Espacial James Webb?
JWST está optimizado para observaciones profundas y de campo estrecho de objetos individuales con una sensibilidad extraordinaria. Roman tiene el mismo tamaño de espejo que el Hubble pero un campo de visión de 100 a 200 veces mayor; intercambia profundidad por amplitud. Los dos telescopios están diseñados para trabajar juntos: Roman encuentra y estudia a gran escala, JWST hace seguimiento de objetivos específicos en detalle.

¿Por qué la energía oscura importa más allá de la cosmología?
La energía oscura determina el destino a largo plazo del universo. Si es verdaderamente constante, el universo continuará acelerándose indefinidamente, eventualmente separando las galaxias más allá del alcance de la luz de las demás. Si la energía oscura cambia con el tiempo — o se revierte — la trayectoria cambia. Las mediciones de Roman limitarán cuál de estos escenarios es físicamente plausible.

Si la tensión de Hubble sobrevive al escrutinio de Roman, la cosmología necesitará un nuevo modelo — uno capaz de explicar por qué las firmas más tempranas y más recientes de la expansión del universo ya no concuerdan.

Etiquetas: astronomy, nasa, cosmology, Dark Matter, dark energy, Hubble tension

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