Las Misiones Roman de la NASA y Euclid de la ESA se unirán para investigar la energía oscura

 

Concepto artístico de los telescopios espaciales Euclid de la ESA (izda.) y Roman de la NASA (dcha.) Credits: NASA/GSFC/ ESA/ATG medialab

Un nuevo telescopio espacial llamado Euclid, una misión de la ESA (Agencia Espacial Europea) con importantes contribuciones de la NASA, está listo para ser lanzado en Julio para explorar por qué la expansión del universo se está acelerando. Los científicos llaman a la causa desconocida de esta aceleración cósmica "energía oscura". Para Mayo de 2027, el Telescopio Espacial Nancy Grace Roman de la NASA se unirá a Euclid para explorar este enigma de formas que nunca antes han sido posibles.

"Veinticinco años después de su descubrimiento, la expansión acelerada del universo sigue siendo uno de los misterios más apremiantes en astrofísica", dijo Jason Rhodes, científico senior de investigación en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en el sur de California. Rhodes es subdirector del proyecto Roman y líder científico de Estados Unidos para Euclid. "Con estos próximos telescopios, mediremos la energía oscura de diferentes maneras y con mucha más precisión de lo que antes se podía lograr, abriendo una nueva era de exploración en este misterio".

Esta infografía compara muchos elementos clave de las naves espaciales Euclid de la ESA y Roman de la NASA. Ambas trabajarán de manera complementaria para arrojar luz sobre algunos de los componentes más misteriosos del universo. El objetivo científico principal de Euclid es la cosmología (energía oscura), mientras que Roman explorará cosmología, exoplanetas y muchos otros temas en astronomía infrarroja (incluida la energía oscura). Euclid utilizará el efecto de lente gravitacional débil y los métodos de agrupación de galaxias para investigar la energía oscura; Roman utilizará esos métodos y también supernovas de tipo Ia. El tamaño propuesto del estudio de Euclid es de 15.000 grados cuadrados y el de Roman es de ~2.000. Euclid observará longitudes de onda visibles e infrarrojas, mientras que Roman verá en infrarrojo. Euclid tiene 36 detectores CCD de 4k, mientras que Roman tiene una matriz de 18 detectores NIR de HgCdTe de 4k. El espejo primario de la ESA tiene un diámetro de 1,2 metros; el de Roman es de 2,4 metros. Se planea lanzar Euclid el 1 de  Julio de 2023, y se planea que Roman se lance antes de Mayo de 2027. Ambos orbitarán alrededor del punto Lagrange Sol-Tierra. La nave espacial Euclid mide 4,5 metros de largo, y Roman medirá 12,7 metros. Sus masas son de 2.000 kilogramos para Euclid y de 8.000 kilogramos para Roman. Credits: GSFC/NASA

Los científicos no están seguros de si la expansión acelerada del universo es causada por un componente adicional de energía, o si indica que nuestra comprensión de la gravedad necesita ser cambiada de alguna manera. Los astrónomos utilizarán a Roman y Euclid para probar ambas teorías al mismo tiempo, y los científicos esperan que ambas misiones descubran información importante sobre los mecanismos subyacentes del universo.

Tanto Euclid como Roman están diseñados para estudiar la aceleración cósmica, pero utilizando estrategias diferentes y complementarias. Ambas misiones crearán mapas tridimensionales del universo para responder a preguntas fundamentales sobre la historia y la estructura del universo. Juntas, serán mucho más poderosas que individualmente.

Euclid observará un área mucho más grande del cielo, aproximadamente 15.000 grados cuadrados, o aproximadamente un tercio del cielo, en longitudes de onda infrarrojas y ópticas de luz, pero con menos detalle que Roman. Retrocederá 10 mil millones de años, cuando el universo tenía alrededor de 3 mil millones de años.

El estudio principal de Roman será capaz de investigar el universo a una mayor profundidad y precisión, pero en un área más pequeña, aproximadamente 2.000 grados cuadrados, o una vigésima parte del cielo. Su visión infrarroja revelará el cosmos cuando tenía 2 mil millones de años, revelando un mayor número de galaxias más débiles. Mientras que Euclid se enfocará exclusivamente en la cosmología, Roman también estudiará galaxias cercanas, encontrará e investigará planetas en nuestra galaxia, estudiará objetos en las afueras de nuestro sistema solar y mucho más.

La Búsqueda de la Energía Oscura

El universo ha estado expandiéndose desde su nacimiento, un hecho descubierto por el astrónomo belga Georges Lemaître en 1927 y Edwin Hubble en 1929. Pero los científicos esperaban que la gravedad de la materia del universo frenara gradualmente esa expansión. En la década de 1990, al observar un tipo particular de supernova, los científicos descubrieron que hace aproximadamente 6 mil millones de años, la energía oscura comenzó a aumentar su influencia en el universo, y nadie sabe cómo o por qué. El hecho de que se esté acelerando significa que nuestra imagen del cosmos carece de algo fundamental.

Roman y Euclid proporcionarán flujos separados de nuevos datos convincentes para llenar los vacíos en nuestra comprensión. Intentarán determinar la causa de la aceleración cósmica de varias formas diferentes.

En primer lugar, tanto Roman como Euclid estudiarán la acumulación de materia utilizando una técnica llamada lente gravitacional débil. Este fenómeno de desviación de la luz ocurre porque cualquier objeto con masa deforma la estructura del espacio-tiempo; cuanto mayor sea la masa, mayor será la deformación. Las imágenes de una fuente distante producidas por la luz que se desplaza a través de estas deformaciones se ven distorsionadas. Cuando esos objetos de "lente" más cercanos son galaxias masivas o cúmulos de galaxias, las fuentes de fondo pueden aparecer borrosas o formar imágenes múltiples.

La materia oscura menos concentrada, como los grupos de materia oscura, puede crear efectos más sutiles. Al estudiar estas distorsiones más pequeñas, tanto Roman como Euclid crearán un mapa tridimensional de la materia oscura. Esto ofrecerá pistas sobre la aceleración cósmica porque la atracción gravitacional de la materia oscura, que actúa como un pegamento cósmico que mantiene unidas las galaxias y los cúmulos de galaxias, contrarresta la expansión del universo. Contabilizar la materia oscura del universo a lo largo del tiempo cósmico ayudará a los científicos a comprender mejor el empuje y la tracción que contribuyen a la aceleración cósmica.

Las dos misiones también estudiarán la forma en que las galaxias se agruparon en diferentes épocas cósmicas. Los científicos han detectado un patrón en la forma en que las galaxias se congregan a partir de mediciones del universo cercano. Para cualquier galaxia en la actualidad, tenemos aproximadamente el doble de probabilidades de encontrar otra galaxia a unos 500 millones de años luz de distancia que un poco más cerca o más lejos.

Esta distancia ha aumentado con el tiempo debido a la expansión del espacio. Al mirar más lejos en el universo, a épocas cósmicas anteriores, los astrónomos pueden estudiar la distancia preferida entre galaxias en diferentes eras. Observar cómo ha cambiado revelará la historia de expansión del universo. Ver cómo varía la agrupación de galaxias a lo largo del tiempo también permitirá una prueba precisa de la gravedad. Esto ayudará a los astrónomos a diferenciar entre un componente energético desconocido y diversas teorías de gravedad modificada como explicaciones para la aceleración cósmica.

Roman realizará un estudio adicional para descubrir muchas supernovas de tipo Ia distantes, un tipo especial de estrella en explosión. Estas explosiones alcanzan un brillo intrínseco similar. Debido a esto, los astrónomos pueden determinar lo lejos que están las supernovas simplemente midiendo su brillo aparente.

Los astrónomos utilizarán Roman para estudiar la luz de estas supernovas y averiguar lo rápido que parecen alejarse de nosotros. Al comparar la velocidad a la que se alejan a diferentes distancias, los científicos rastrearán la expansión cósmica a lo largo del tiempo. Esto nos ayudará a comprender mejor si y cómo ha cambiado la energía oscura a lo largo de la historia del universo.

Fuente: NASANET