CIEMAT/DICYT Esta noche, cuando el sol se ponga tras el horizonte, la cámara digital más poderosa del mundo volverá a apuntar su ojo hacia el cielo. Esta noche, y muchos cientos de noches durante los próximos cinco años, un equipo de físicos y astrónomos de todo el mundo utilizará este instrumento extraordinario para tratar de responder algunas de las preguntas fundamentales acerca del universo.

El 31 de agosto, DES, el Cartografiado para la Energía oscura (en inglés Dark Energy Survey), comenzó a operar oficialmente. Los científicos que forman el equipo de investigación cartografiarán sistemáticamente una octava parte del cielo (5000 grados cuadrados) con un detalle sin precedentes. El comienzo del cartografiado es la culminación de un esfuerzo de diez años de planificación, construcción y puesta a punto por parte de científicos de 25 instituciones de 6 países.

El objetivo del cartografiado es encontrar la razón por la que la expansión del universo se acelera, en lugar de frenarse por acción de la fuerza de la gravedad, y explorar el misterio de la energía oscura, la fuerza que se piensa es la causante de esa aceleración.

“Con el comienzo de este proyecto, el trabajo de más de 200 colaboradores comienza a dar sus frutos”, dice el director de DES, el profesor Josh Frieman, de Fermilab. “Es un momento apasionante en la cosmología, en el que podemos utilizar observaciones del universo distante para conocer la naturaleza fundamental de la materia, la energía, el espacio y el tiempo”.

La herramienta fundamental del proyecto es DECam, la cámara para la energía oscura (Dark Energy Camera). Una cámara digital de 570 megapíxeles construida en Fermilab e instalada en el telescopio Víctor M. Blanco. Este es un telescopio con un espejo de 4 metros de diámetro situado en el observatorio interamericano de Cerro Tololo (CTIO, Cerro Tololo Interamerican Observatory), en los andes chilenos, que pertenece a la National Science Foundation de los Estados Unidos. La cámara está equipada con 5 lentes, pulidas con altísima precisión, la mayor de las cuales tiene un diámetro de casi un metro, y que juntas proporcionan imágenes nítidas en todo el campo de visión.

DECam es el instrumento más poderoso construido para un cartografiado de esta índole. Con cada imagen instantánea, será capaz de ver la luz de más de 100000 galaxias situadas a distancias de hasta 8000 millones de años de luz.

La construcción de esta cámara esel resultado de una colaboración internacional, en la cual han tenido una participación destacada el CIEMAT, con la contribución de la UAM, en Madrid, y el ICE (CSIC/IEEC) y el IFAE, en Barcelona. El consorcio español ha jugado un papel clave en la construcción y puesta en funcionamiento de DECam diseñando, construyendo y verificando la electrónica de alta velocidad que realiza la lectura y control de los detectores CCD de la cámara. Además ha diseñado e implementado el software que permite que el telescopio apunte con precisión. También ha producido simulaciones informáticas de la estructura a gran escala del universo, que permiten desarrollar y probar los métodos de análisis científico e interpretar las observaciones.

“Es emocionante ver que algunos sueños se hacen realidad y podremos por fin investigar la naturaleza de esa energía oscura responsable de la expansión acelerada del universo”, comenta Juan García-Bellido de la Universidad autónoma de Madrid.

Imagen de la galaxia NGC 1398 tomada con la Dark Energy Camera. Foto: Dark Energy Survey

Durante 5 años, el proyecto DES obtendrá imágenes en color de 300 millones de galaxias y 100000 cúmulos de galaxias. Además, se prevé que descubra 4000 nuevas supernovas, muchas de las cuales ocurrieron cuando el universo tenía la mitad del tamaño que tiene actualmente. Los datos obtenidos serán procesados en el NCSA (National Center for Supercomputinf Applications) en la Universidad de Illinois en Urbana, y puestos a disposición de los científicos de la colaboración, y el público general, posteriormente.

Las observaciones de DES no verán la energía oscura de forma directa. Sin embargo, estudiando la expansión del universo y el crecimiento de su estructura a gran escala a lo largo del tiempo, el cartografiado proporcionará a los científicos las medidas más precisas de las propiedades de la energía oscura obtenidas hasta la fecha.

“La energía oscura es uno de los más grandes misterios de la ciencia actual, y solamente utilizando varias técnicas podremos avanzar en el estudio de sus propiedades. El proyecto DES permitirá un enorme avance, que puede traernos descubrimientos fascinantes”, afirma Eusebio Sánchez, del CIEMAT.

Cuatro métodos para estudiar la energía oscura

Contar cúmulos de galaxias. Mientras que la fuerza de la gravedad hace que la materia se atraiga para formar galaxias, la energía oscura hace que se repela. DECam observará luz de 100000 cúmulos de galaxias, situados a miles de millones de años-luz. Contar el número de cúmulos de galaxias existentes en diferentes momentos de la historia del universo arrojará luz sobre esta competición cósmica entre la gravedad y la energía oscura. Medida de supernovas. Una supernova es una estrella que explota y puede llegar a ser tan brillante como una galaxia, que contiene miles de millones de estrellas. Si somos capaces de determinar cuánto brillan las supernovas vistas desde la Tierra, podemos saber a qué distancia se encuentran. Con estas medidas, los científicos pueden determinar la velocidad a la que el universo se expande. DES descubrirá 4000 de estas supernovas, que explotaron hace miles de millones de años, en galaxias situadas a miles de millones de años luz. Estudiar la distorsión de la luz. Cuando la luz procedente de galaxias distantes se encuentra con materia oscura en el espacio, su camino se curva alrededor de esa materia, lo que ocasiona que la imagen de esas galaxias distantes se observe distorsionada en las imágenes tomadas en el telescopio. DES medirá la forma de 200 millones de galaxias, que revelará la tensión cósmica entre la gravedad y la energía oscura que ha formado agregados de materia oscura distribuidos en el espacio.   Utilizar las ondas de sonido para crear un mapa a gran escala de la expansión del universo a lo largo del tiempo. Cuando el universo tenía menos de 400000 años de edad, la interacción entre materia y luz originó una serie de ondas de sonido que viajaban a una velocidad cercana a los dos tercios de la velocidad de la luz. Esas ondas dejaron su huella en la distribución de las galaxias en el espacio. DES medirá las posiciones de 300 millones de galaxias para encontrar esa huella y utilizarla para deducir la historia de la expansión cósmica.