Cosmología: cómo las huellas del universo temprano ayudan a estudiar su expansión

La cosmología estudia el origen, la evolución y la naturaleza del universo. La NASA señala que los descubrimientos del siglo XX transformaron esta disciplina, aunque todavía quedan aspectos del cosmos por conocer. Para reconstruir su historia, los investigadores relacionan observaciones de distintas épocas y estudian, entre otras cuestiones, la expansión y la formación de estructuras.

Una de las señales fundamentales es el fondo cósmico de microondas (CMB, por sus siglas en inglés), que la NASA describe como la luz más antigua que podemos observar en el universo. Otra vía consiste en medir cómo se agrupan las galaxias a grandes distancias. Son registros distintos: el CMB presenta variaciones de temperatura y la distribución de galaxias muestra la estructura cósmica a gran escala.

La huella de las ondas acústicas

En el universo temprano, la materia y la luz formaban un plasma caliente y denso. Según el glosario de la NASA, las regiones con mayor concentración de luz y materia tenían más presión, lo que hizo que ondas sonoras se propagaran hacia fuera y arrastraran materia ordinaria, o bariónica. Cuando el universo se enfrió lo suficiente para que la luz viajara libremente, se formó el fondo cósmico de microondas.

El movimiento de materia asociado a esas ondas produjo capas esféricas con un exceso de densidad. La NASA explica que las oscilaciones acústicas bariónicas (BAO, por sus siglas en inglés) se reflejan en las variaciones de temperatura del CMB y que hoy dejan una huella tenue en la agrupación de galaxias. El glosario describe esa señal como un pequeño exceso de pares de galaxias separados por unos 500 millones de años luz; la fuente no especifica aquí la convención de distancia utilizada.

La escala de esas características sirve como una «regla estándar». Al medirla en la distribución de galaxias, los astrónomos pueden estudiar el ritmo de expansión del universo y obtener información sobre la energía oscura, según la NASA. Así, una huella del universo temprano ofrece una herramienta para investigar la evolución cósmica.

Materia bariónica y composición del universo

El glosario de la NASA usa materia bariónica para referirse, en astronomía, a la materia ordinaria que forma, entre otras cosas, átomos, personas, planetas, estrellas y galaxias. Esa fuente indica que representa el 4,9 % de la masa-energía del universo. El porcentaje y la expresión «masa-energía» se presentan aquí tal como los formula el glosario.

Euclid: cartografiar galaxias a gran escala

La ESA diseñó Euclid para explorar la composición y evolución del llamado universo oscuro mediante el estudio de la estructura cósmica. La misión observará miles de millones de galaxias a distancias de hasta 10.000 millones de años luz, en más de un tercio del cielo, para crear un gran mapa tridimensional del universo. La ESA indica que Euclid fue lanzada el 1 de julio de 2023 y que su destino es el segundo punto de Lagrange del sistema Sol-Tierra, a 1,5 millones de kilómetros de la Tierra.

Con ese mapa, Euclid estudiará cómo se expandió el universo y cómo se formaron sus estructuras a lo largo de la historia cósmica. La ESA señala que las observaciones ayudarán a investigar el papel de la gravedad y la naturaleza de la materia oscura y la energía oscura. Son preguntas que la misión abordará mediante sus observaciones de galaxias y de la estructura a gran escala.

El fondo cósmico de microondas y los mapas de galaxias ofrecen registros complementarios. Las variaciones de temperatura del CMB conservan información sobre el universo temprano; la señal BAO en la agrupación galáctica permite utilizar una escala conocida para estudiar la expansión. Euclid ampliará las observaciones de esa estructura en el espacio y a través de la historia cósmica.