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Listo para su viaje, el Telescopio Euclid indagará en la materia y la energía oscura del universo


(Tiempo de lectura: 3 - 6 minutos)
El telescopio espacial Euclid de la Agencia Espacial Europea (ESA) estudiará el “universo oscuro”. ESA, CC BY-SA El telescopio espacial Euclid de la Agencia Espacial Europea (ESA) estudiará el “universo oscuro”. ESA, CC BY-SA

La Agencia Espacial Europea (ESA) está a punto de lanzar desde cabo Cañaveral (Florida) un cohete Falcon 9 portando el telescopio espacial Euclid. La misión de este nuevo observatorio consistirá en estudiar los componentes más esquivos del universo: la materia oscura y la energía oscura.

Un mes después del lanzamiento, Euclid orbitará el segundo punto de Lagrange Sol-Tierra (L2), a un millón y medio de kilómetros de nuestro planeta. Se trata de una ubicación privilegiada donde las atracciones gravitatorias del Sol y la Tierra se “equilibran”. Una vez allí, su parasol bloqueará la luz procedente del Sol, la Tierra y la Luna, para asegurar un alto nivel de estabilidad en sus instrumentos.

Mientras, Euclid comenzará a apuntar hacia el cielo profundo en un intento de desvelar parte de los misterios que aún entraña el universo. Acompañará en esta posición al telescopio espacial James Webb, como perfecto compañero de viaje en esta nueva y apasionante era espacial.

Materia oscura y energía oscura

Resulta cuanto no menos curioso que todo aquello que hemos descubierto en el universo (desde nuestro Sistema Solar hasta las galaxias más lejanas) esté formado por materia ordinaria: partículas elementales como protones, electrones y quarks que se unen para formar átomos. Sin embargo, esta materia observable constituye exclusivamente el 5 % del cosmos.

Cabe plantearnos, entonces, la siguiente pregunta: ¿en qué consiste el 95 % restante de universo oscuro que aún permanece invisible para nosotros? Y aún más, ¿cuáles son las evidencias de ese 95 % de materia o energía desconocida en el cosmos?

Empezando por la última de las cuestiones, los científicos se dieron cuenta de varios hechos significativos. Por un lado, las estrellas que orbitan alrededor de sus centros galácticos se mueven a más velocidad de la esperada (es decir, cuando sólo se tiene en cuenta la materia ordinaria “que podemos ver”). Por otro lado, esta materia “observable” por sí sola no puede aportar suficiente gravedad para mantener agrupaciones de galaxias.

Es entonces cuando entra en juego una especie de materia invisible que ni emite ni refleja la luz y que formaría el 25 % del universo: la materia oscura.

¿Cómo se podría detectar la materia oscura?

Un método muy empleado por los astrónomos (y que podría utilizarse para detectar materia oscura) se basa en el efecto relativista denominado lente gravitacional. Cuando una concentración de materia se sitúa en nuestra línea de visión puede actuar como una lupa, distorsionando la luz de las galaxias detrás de ella.

En las lentes gravitacionales fuertes (debidas a la presencia de objetos muy masivos como cúmulos galácticos o agujeros negros), las deformaciones galácticas son muy evidentes. La siguiente animación describe este efecto cuando un agujero negro se mueve delante de un fondo galáctico.

Cuando las distorsiones de las fuentes de fondo son de menor magnitud hablamos de lupa gravitacional débil. En este caso, las deformaciones sólo pueden detectarse analizando un gran número de fuentes de forma estadística.

En este sentido, el telescopio espacial Euclid medirá la forma distorsionada de billones de galaxias y elaborará el mapa 3D más detallado y preciso: los científicos podrán deducir cómo se distribuye la materia oscura en el cosmos.

Efecto de lupa gravitacional fuerte (izquierda) y débil (derecha) debido a la presencia de materia oscura entre las fuentes emisoras y la Tierra. La imagen del centro muestra un gran número de fuentes emisoras no distorsionadas. Créditos: ESA. ESA, CC BY

 

¿Y donde queda entonces el 70 % de ese universo oscuro?

Se cree que ese 70 % está formado por la denominada energía oscura, una especie de “fuerza invisible” no detectada hasta la fecha y que explicaría por qué la expansión del universo durante los últimos cinco mil millones de años se ha acelerado más rápido de lo esperado.

Euclid mapeará los últimos 11 700 millones de años de historia cósmica, justo en el momento en que la mayoría de las estrellas se estaban formando. Ello permitirá estudiar con una precisión extraordinaria cómo ha cambiado la aceleración del universo en ese período.

Ilustración de la expansión del universo destacando el aumento de la aceleración en los últimos 11700 millones de años. Créditos: ESA.

 

Los instrumentos a bordo del Euclid

Al igual que los telescopios espaciales Hubble o James Webb, Euclid pertenece al tipo de telescopios reflectores. Esto significa que utiliza espejos para enfocar la luz y producir imágenes. Su espejo primario mide 1.2 metros de diámetro (la mitad que el Hubble y unas 5 veces menor que el Webb) y su peso en órbita será de unas 2 toneladas.

Con estas características, Euclid logrará abarcar la tercera parte del cielo y medir la forma, posición y distancia de galaxias a 10 000 millones de años luz de nosotros. Además, elaborará un mapa tridimensional detallado del cosmos.

Para ello, Euclid cuenta a bordo con los instrumentos VIS y NISP que analizarán, respectivamente, la luz visible e infrarroja del universo primitivo:

Instrumentos VIS (luz visible) y NISP (infrarrojo cercano) a bordo del telescopio espacial Euclid. Crétidos: ESA.

 

  1. La cámara VIS registrará la luz visible desde los 550 nanómetros (color verde-amarillento) hasta el rojo más extremo. Está compuesta por un mosaico de 36 sensores CCD con una capacidad de resolución de 16 megapíxeles cada una. Obtendrá imágenes muy nítidas de las galaxias, lo que permitirá medir su forma con precisión.

  2. El instrumento NASP opera en el infrarrojo cercano (al igual que el James Webb) y cuenta con 16 detectores de 4 megapíxeles cada uno. El NASP medirá el brillo y la intensidad de la luz emitida por galaxias lejanas y permitirá conocer sus distancias (mediante el efecto conocido como desplazamiento hacia el rojo). Además, proporcionará el mayor campo de visión en el rango del infrarrojo desde el espacio (cientos de veces mayor que el Webb).

Lo que Euclid podrá revelar del universo

Este nuevo observatorio espacial podrá responder cuestiones sobre la naturaleza de la materia y energía oscura, el cambio en la aceleración del universo o, incluso, si la teoría general de la relatividad de Einstein es válida a escalas mayores del cosmos.

Una vez listo, Euclid se embarcará en un estudio de cinco años con un equipo de 2 000 científicos de todo el mundo recopilando datos. No será tarea baladí, pues el análisis de esta ingente cantidad de datos podría llevar otros cinco años más. Es decir, habrá que esperar casi una década para obtener resultados.

Mientras, el telescopio espacial Euclid (en honor al matemático griego Euclides, padre de la geometría) intentará desentrañar ese fascinante universo oscuro, todavía invisible para nosotros.The Conversation

Óscar del Barco Novillo, Profesor Ayudante Doctor. Departamento de Física Aplicada., Universidad de Zaragoza

Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation.