Desde principios del siglo XX, el consenso científico ha establecido que no sólo el universo se está expandiendo, sino que esa expansión se está acelerando. En el centro de este fenómeno se encuentra la energía oscura, un misterioso elemento del espacio-tiempo que se cree que separa las galaxias. Durante décadas, el modelo lambda de materia oscura fría (ΛCDM) ha sido una piedra angular de la comprensión cosmológica moderna, afirmando que la energía oscura es constante en el tiempo. Sin embargo, esta hipótesis plantea una pregunta intrigante: ¿cambia realmente la energía oscura a lo largo de la historia cósmica?
Los datos emergentes del Instrumento Espectroscópico de Energía Oscura (DESI) están comenzando a desafiar esta visión de larga data. Las observaciones indican la presencia de un componente dinámico de energía oscura (DDE), que representa una desviación significativa del modelo estándar ΛCDM. Esta revelación apunta a una historia cósmica más compleja, pero también resalta una brecha crítica en nuestra comprensión: las implicaciones de la energía oscura, que varía en el tiempo, en la formación y evolución de las estructuras cósmicas siguen en gran medida inexploradas.
Para investigar este enigma, un equipo dirigido por el profesor asociado Tomoki 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 contó con la colaboración de Francisco Prada del Instituto de Astrofísica de Andalucía en España y Anatoly A. Klipin de la Universidad Estatal de Nuevo México en Estados Unidos. Sus hallazgos fueron publicados Revisión física d (Volumen 112, Número 4), examina cómo la energía oscura, que varía en el tiempo, podría remodelar nuestra comprensión de la evolución del universo y ayudar a explicar futuras observaciones astronómicas.
Utilizando la supercomputadora insignia de Japón, Fugaku, los investigadores realizaron tres simulaciones de N cuerpos de alta resolución y gran escala. Estas simulaciones examinaron un volumen ocho veces mayor que estudios anteriores. Una simulación se ciñó al modelo ΛCDM convencional de Planck-2018, mientras que las otras dos integraron energía oscura dinámica para explorar sus efectos potenciales. Una tercera simulación incorpora parámetros inferidos de los datos del primer año de DESI, lo que permite a los investigadores modelar un cosmos donde la energía oscura varía con el tiempo.
Las primeras investigaciones sugieren que las variaciones de la energía oscura tienen un efecto relativamente sutil en la estructura del universo. Sin embargo, cuando los investigadores modificaron los parámetros cosmológicos para que coincidieran con los datos DESI (específicamente aumentando la densidad del material en aproximadamente un 10%), los resultados se volvieron más pronunciados. Esta mayor densidad de material amplificó la atracción gravitacional, lo que resultó en la formación de cúmulos de galaxias más grandes. En este escenario alterado, el modelo DDE basado en DESI predice un 70% más de cúmulos de galaxias masivos en el Universo temprano en comparación con el modelo estándar, lo que conduce a una rica infraestructura cósmica para galaxias y cúmulos de galaxias.
Además, los investigadores observaron oscilaciones acústicas bariónicas (BAO), que son restos de ondas sonoras del universo primitivo que actúan como “gobernantes cósmicos” para calcular distancias. En una simulación que utilizó datos DESI para energía oscura dinámica, 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, que no sólo era consistente con las expectativas teóricas sino también con la evidencia empírica.
El equipo de investigación también exploró cómo se agrupan las galaxias en todo el cosmos. El modelo DDE basado en DESI produjo un efecto de agrupamiento notablemente más fuerte que el modelo tradicional ΛCDM, especialmente a pequeñas escalas. Esta agrupación intensificada se origina a partir de una mayor densidad material, lo que pone de relieve el papel de la unión gravitacional en la formación de galaxias. “Nuestras grandes simulaciones demuestran que las variaciones en los parámetros cosmológicos, particularmente la densidad material en el Universo, tienen un mayor efecto en la formación de estructuras que el componente DDE”, señaló Ishiyama.
A medida que se vislumbran en el horizonte estudios de galaxias a gran escala, como el Subaru Prime Focus Spectrograph y DESI, las simulaciones producidas a partir de este estudio desempeñarán un papel clave en la interpretación de los próximos resultados. “Esta investigación sienta las bases teóricas necesarias para analizar los datos que se esperan de estas importantes campañas de observación”, concluyó el Dr. Ishiyama.
