Energía oscura: 2 884 supernovas desafían el modelo

30 años de explosiones, un solo catálogo

Empecemos por la cifra: 2 884 supernovas de tipo Ia, un récord. El nombre del catálogo resume el reto: Supernovae Unite, la fusión de dos compilaciones que hasta ahora iban por separado, Pantheon+, la referencia de los sondeos pasados, y DES-SN5YR, los cinco años de datos del Dark Energy Survey publicados en 2024. La mayor parte de los datos nuevos procede de ese sondeo, realizado con la cámara DECam instalada en el telescopio Víctor Blanco, en la cima del Cerro Tololo, en Chile.

Fusionar dos catálogos no es un trabajo de copiar y pegar. Cada telescopio ve de forma distinta, cada época de observación tiene sus propios defectos. El equipo reprocesó todo el conjunto con una sola regla de juego: la misma modelización de las explosiones, la misma selección de supernovas, las mismas correcciones de sesgos. En la práctica, eso significa retomar las observaciones históricas con lo que hoy sabemos. «Hemos reconstruido tres décadas de observaciones astronómicas en un marco único y coherente», resume Ryan Camilleri, doctorando de la Universidad de Queensland y primer autor del estudio.

El reprocesado llega lejos. El polvo cósmico que apaga la luz de las explosiones se recalculó. La masa de la galaxia anfitriona, que influye en el brillo percibido de las supernovas, se volvió a medir para más del 98 % de la muestra con un marco único. Incluso los efectos sutiles de lente gravitacional, la desviación y la ampliación de la luz cuando rodea grandes masas en su camino hacia la Tierra, quedaron integrados. «Nuestro proyecto establece un nuevo referente mundial en cosmología de supernovas y entrega la imagen más nítida hasta la fecha de la expansión del universo», precisa Ryan Camilleri.

Medir el universo con estrellas que explotan

¿Por qué sondear el universo con supernovas? Porque una categoría de ellas brilla de manera casi previsible. La supernova de tipo Ia es la muerte explosiva de una enana blanca, un cadáver estelar del tamaño de la Tierra que absorbió demasiada materia de una estrella vecina. Al llegar a una masa límite casi idéntica en todos los casos, estalla, y la explosión libera siempre aproximadamente la misma cantidad de luz.

Es una vela estándar, un faro cuya potencia real conocemos. Compara la luz que debería emitir con la que recibes, y la diferencia te da su distancia. Imagina bombillas de 60 vatios repartidas en la noche: el brillo aparente de cada una delata su lejanía. Cuando los astrónomos detectaron la supernova 1994D en la galaxia NGC 4526, a 50 millones de años luz de nosotros, midieron su distancia precisamente con este método.

Falta la segunda pieza del rompecabezas: la velocidad. La luz de una galaxia lejana llega desplazada al rojo, estirada por la propia expansión del espacio. Cuanto más estirado está el rojo, más rápido se aleja la galaxia. Al cruzar distancia y velocidad para cada supernova se obtiene la historia de la expansión, una curva llamada diagrama de Hubble, la firma del estudio publicado este mes.

Es justo el método que reveló, a finales de los años noventa, que la expansión del universo se acelera. Un descubrimiento premiado con el Nobel de Física, y que impuso la idea de una energía oscura que empuja el espacio a estirarse. Hoy, 2 884 supernovas vuelven a examinar ese veredicto con una precisión inédita.

Lo que dicen las cifras: un modelo que tiembla

Las supernovas solas no bastan. El equipo cruzó su catálogo con otras dos sondas del universo. Primero, el fondo cósmico de microondas, la luz más antigua del universo, emitida cuando el cosmos tenía solo 380 000 años: una foto de bebé, trazada por la misión Planck de la ESA, que sirve de ancla a los modelos. Después, las oscilaciones acústicas de bariones, ondas de presión nacidas en la materia incandescente de los primeros instantes, hoy congeladas en la distribución de las galaxias como una regla graduada cósmica. Los sondeos DES y DESI miden esa regla en millones de galaxias.

Cada sonda pesa el contenido del universo en una época distinta. Y al juntarlas todas, una cifra no encaja. El modelo estándar, llamado ΛCDM, se apoya en dos pilares: una materia oscura fría y una energía oscura fija, que nunca cambia. En ese modelo, el parámetro que describe el comportamiento de la energía oscura vale exactamente -1. Los datos combinados dan -0,861 en la actualidad, con una trayectoria que deriva en el tiempo, medida por un segundo parámetro en -0,60.

El detalle que más pesa: cuando se obliga a la energía oscura a permanecer constante, las mediciones del fondo cósmico de microondas y las de las supernovas y galaxias se contradicen con fuerza. Cuando se permite que la energía oscura varíe, la tensión se atenúa. El modelo flexible encaja mejor con los datos que el rígido.

¿Cuánto vale esta pista? Los cosmólogos usan el sigma, una medida de la solidez de una señal estadística. Un descubrimiento exige 5 sigma, una probabilidad de 1 entre 3,5 millones de equivocarse. Aquí, el análisis frecuentista, el método que compara los datos con un modelo y evalúa la probabilidad de obtener tal desviación por puro azar, da 2,5 a 3,1 sigma según la estimación elegida. Dicho de otro modo, entre el 1 % y el 0,2 % de riesgo de que sea simple azar estadístico. Otro enfoque, el análisis bayesiano, que sopesa la plausibilidad de los modelos a la luz de los datos, solo muestra una preferencia débil. Traducción: una pista seria y coherente, pero no el descubrimiento del siglo. Todavía no.

Lo que viene: DEBASS, DESI y Roman

Este resultado no cae del cielo. Los datos del Dark Energy Survey publicados en 2024 ya insinuaron una primera señal de energía oscura variable. Y DESI, el instrumento de espectroscopía que cartografía los ecos sonoros del universo primitivo, detectó el mismo tipo de desviación en sus sondeos. «Dos mediciones totalmente independientes han encontrado indicios de variación en la energía oscura, lo que desafía al modelo estándar», subraya Tamara Davis, profesora de la Universidad de Queensland y coautora del estudio. La dirección de las desviaciones difiere un poco entre ambos sondeos, pero la idea de una energía oscura evolutiva ya está sobre la mesa de los dos.

La misión Roman, lanzada a finales de agosto, observará supernovas desde el espacio con una precisión inédita, y su programa científico incluye precisamente la medición de la energía oscura. La caza continúa también desde el suelo. Cada nuevo lote de supernovas, cada milímetro de precisión ganado en la regla graduada de las galaxias acercará la significancia al umbral de 5 sigma.

Si la energía oscura varía de verdad, el modelo estándar tendrá que ceder terreno, y los teóricos tendrán que reescribir las ecuaciones. Tamara Davis ve aquí algo más que un problema de cosmología: entender el comportamiento de esta fuerza podría ayudar a conciliar la gravedad, la teoría del mundo de las estrellas y las galaxias, con la física cuántica, la del mundo de los átomos. Dos teorías inmensamente exitosas, cada una en su terreno, que todavía se niegan a hablar. Una fuerza que cambia con el tiempo podría ser el hilo del que tirar.

Para ir más lejos

• El concepto central del artículo: la supernova en nuestro glosario, y la materia oscura, el otro pilar invisible del modelo estándar.
• ¿Quieres ver estas supernovas con tus propios ojos? Nuestro mapa del cielo interactivo te muestra las galaxias que hay que vigilar, y nuestra guía de observación te enseña a localizarlas.
• La caza de estrellas que explotan también se ve en nuestra galería de astrofotografía, galaxias y nebulosas incluidas.
• Las fuentes oficiales de este artículo: el comunicado de la Universidad de Queensland, el artículo principal en arXiv y el artículo complementario sobre las masas de las galaxias anfitrionas.