Desde principios del siglo XX, el consenso científico ha establecido que el universo no sólo se está expandiendo, sino también acelerándose. En el corazón de este fenómeno se encuentra la energía oscura, un aspecto misterioso del espacio-tiempo que se cree que separa las galaxias. Durante décadas, el modelo Lambda Cold Dark Matter (ΛCDM) ha sido la piedra angular de la comprensión cosmológica moderna, postulando que la energía oscura permanece constante en el tiempo. Sin embargo, esta suposición plantea una pregunta intrigante: ¿podría realmente la energía oscura cambiar a lo largo de la historia cósmica?
Los datos emergentes del Instrumento Espectroscópico de Energía Oscura (DESI) están comenzando a cuestionar esta perspectiva de larga data. Las observaciones indican la presencia de un componente dinámico de energía oscura (DDE), que representaría una desviación significativa del modelo estándar ΛCDM. Esta revelación apunta hacia una historia cósmica más compleja, pero también resalta una brecha crítica en nuestra comprensión: las implicaciones de una energía oscura que varía en el tiempo en la formación y evolución de estructuras cósmicas siguen en gran medida inexploradas.
Para investigar este enigma, un equipo dirigido por el profesor asociado Tomoaki Ishiyama del Consejo para la Mejora de la Transformación Digital de la Universidad de Chiba llevó a cabo una de las simulaciones cosmológicas más completas hasta la fecha. El proyecto implicó la colaboración con Francisco Prada del Instituto de Astrofísica de Andalucía en España y Anatoly A. Klypin de la Universidad Estatal de Nuevo México en Estados Unidos. Sus hallazgos han sido publicados en Examen físico D (Volumen 112, Número 4), en el que profundizamos en cómo una energía oscura que varía en el tiempo podría remodelar nuestra comprensión de la evolución del universo y ayudar a interpretar futuras observaciones astronómicas.
Utilizando la supercomputadora japonesa Fugaku, los investigadores realizaron tres simulaciones de N cuerpos de alta resolución y gran escala. Estas simulaciones examinaron un volumen ocho veces mayor que el de estudios anteriores. Una simulación siguió el modelo ΛCDM convencional de Planck-2018, mientras que las otras dos integraron energía oscura dinámica para explorar sus posibles influencias. Una tercera simulación incluyó parámetros derivados de los datos del primer año de DESI, lo que permitió a los investigadores modelar un cosmos en el que la energía oscura varía con el tiempo.
Los hallazgos iniciales indicaron que las variaciones en la propia energía oscura tenían un impacto relativamente sutil en la estructura cósmica. Sin embargo, cuando los investigadores ajustaron los parámetros cosmológicos de acuerdo con los datos DESI (aumentando la densidad de la materia en aproximadamente un 10%), los resultados se volvieron más claros. Este aumento de la densidad de la materia fortaleció la gravedad, lo que resultó en la formación de cúmulos de galaxias significativamente más grandes. En este escenario modificado, el modelo DDE basado en DESI proyectó hasta un 70% más de cúmulos de galaxias masivos en el Universo temprano en comparación con el modelo estándar, lo que condujo a una infraestructura cósmica más rica para galaxias y grupos de galaxias.
Además, los investigadores examinaron de cerca las oscilaciones acústicas bariónicas (BAO). Se trata de restos de ondas sonoras del universo primitivo que actúan como «gobernantes cósmicos» al calcular distancias. En la simulación utilizando datos dinámicos de energía oscura DESI, el pico BAO mostró un cambio del 3,71% hacia escalas más pequeñas, lo que coincide estrechamente con las observaciones DESI reales. Este acuerdo fortaleció la credibilidad de su modelo, implicando que no sólo cumple con las expectativas teóricas sino que también es consistente con la evidencia empírica.
El equipo de investigación también investigó cómo se agrupan las galaxias en el cosmos. El modelo DDE basado en DESI generó un efecto de agrupamiento notablemente más fuerte que el modelo tradicional ΛCDM, especialmente a escalas más pequeñas. Esta agrupación intensificada fue el resultado del aumento de la densidad de la materia, lo que destaca el papel de la unión gravitacional en la formación de galaxias. «Nuestras grandes simulaciones muestran que las variaciones en los parámetros cosmológicos, especialmente la densidad de la materia en el universo, tienen un impacto mayor en la formación de estructuras que solo el componente DDE», dijo Ishiyama.
Si bien los estudios de galaxias a gran escala, como el Subaru Prime Focus Spectrograph y DESI, se vislumbran en el horizonte, las simulaciones resultantes de este estudio desempeñarán un papel crucial en la interpretación de los resultados futuros. «Esta investigación sienta una base teórica esencial para analizar los datos que se esperan de estas importantes campañas de observación», concluyó el Dr. Ishiyama.
