Roman despega el sábado a explorar la energía oscura en 1.000 millones de galaxias

El telescopio espacial Roman se lanza este sábado en el centro del mayor problema de medición abierto de la cosmología: dos formas independientes de medir la velocidad a la que se expande el universo discrepan en un 8 por ciento. Mida la radiación de fondo de microondas cósmico — luz de 380.000 años después del Big Bang — y la tasa de expansión resulta cercana a 67 kilómetros por segundo por megaparsec. Mida estrellas cefeidas y supernovas de tipo Ia cercanas y obtendrá unos 73. La brecha entre ambas tiene una anchura de 4 a 6 desviaciones estándar. En física, eso no es un error de redondeo. Es una señal de que algo en el modelo estándar está mal.

El telescopio espacial Nancy Grace Roman, que despegará a las 7:26 AM hora del Este desde el Centro Espacial Kennedy en un cohete SpaceX Falcon Heavy, es el instrumento más capaz diseñado hasta la fecha para averiguar qué. Con un espejo de 2,4 metros — el mismo diámetro que el del Hubble — y una cámara de infrarrojo cercano de 300 megapíxeles que ve una porción de cielo 200 veces más amplia que el campo de visión del Hubble, Roman puede construir los mapas a gran escala de distribución de galaxias que exige la tensión actual.

La evidencia que rompió el modelo estándar

La energía oscura fue identificada en 1998 cuando dos equipos independientes que medían las distancias y velocidades de recesión de supernovas de tipo Ia descubrieron que las galaxias lejanas se alejaban más rápido de lo que permitiría una expansión desacelerada por la gravedad. La observación valió el Premio Nobel de 2011 e insertó un término — la constante cosmológica Λ — en el modelo estándar de cosmología. Λ sostiene que la energía oscura es constante tanto en densidad como en carácter, una propiedad fija del propio espacio.

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Dos hallazgos recientes han complicado ese panorama. El Instrumento Espectroscópico para la Energía Oscura (DESI) publicó resultados que muestran que las oscilaciones acústicas de bariones — patrones periódicos de densidad congelados en la red cósmica desde 380.000 años después del Big Bang — se ajustan mejor a los datos si la intensidad de la energía oscura ha cambiado con el tiempo. El hallazgo no prueba la variación; es un indicio, y el caso estadístico aún no es concluyente. Pero es el desafío empírico más significativo a Λ desde el Nobel.

La tensión de Hubble añade un segundo punto de presión. Si el modelo estándar es correcto, tanto las mediciones del universo temprano como las locales deberían converger en la misma tasa de expansión. No lo hacen. El análisis más reciente que utiliza cefeidas calibradas con el JWST confirma el valor local cercano a 73 km/s/Mpc. El valor derivado del CMB se mantiene cerca de 67. La discrepancia no se ha reducido con más datos — ha crecido.

Qué medirá Roman, y cómo

Roman atacará el problema de la energía oscura a través de tres canales independientes.

El primero son las supernovas de tipo Ia, que actúan como marcadores de distancia estandarizables: cada una alcanza un brillo máximo predecible que revela a qué distancia se encuentra. Comparar la distancia con el corrimiento al rojo — cuánto se ha estirado la luz de una galaxia por la expansión del universo — da la tasa de expansión en esa época cósmica. Se espera que Roman descubra miles de supernovas al año en un rango de corrimiento al rojo mucho más amplio que los sondeos terrestres, cartografiando la historia de aceleración del universo con una precisión que los instrumentos actuales no pueden alcanzar.

El segundo canal son las oscilaciones acústicas de bariones. Esas ondas sonoras del universo temprano dejaron una escala característica impresa en cómo se agrupan las galaxias — una preferencia estadística por pares de galaxias separados por unos 490 millones de años luz. Esa escala actúa como una «regla estándar»: mida cuán grande parece a diferentes corrimientos al rojo y podrá reconstruir la historia de expansión del universo en cada época cósmica. La imagen de campo amplio de Roman cartografiará millones de galaxias, proporcionando una potencia estadística que los sondeos actuales no pueden igualar.

El tercero es el lente gravitacional débil: la ligera distorsión de las formas de galaxias de fondo por la masa de la estructura en primer plano. El lente traza cómo la materia se ha agrupado con el tiempo, lo que es sensible tanto a la densidad de la materia oscura como al comportamiento de la energía oscura. Combinado con los datos de supernovas y BAO, el lente proporciona una verificación cruzada que puede aislar si alguna discrepancia en la historia de expansión es real o instrumental.

En comparación con lo que vino antes

La cámara infrarroja del Hubble cubre unos 10 minutos de arco cuadrado por exposición. Roman cubre unos 0,28 grados cuadrados — aproximadamente 100 veces el área con resolución y profundidad comparables. Su instrumento de campo amplio verá porciones de cielo que al Hubble le llevaría años cubrir en semanas. El JWST ofrece una profundidad extraordinaria pero un campo de visión similar al del Hubble; el JWST es el microscopio, Roman es el gran angular. El Euclid de la ESA, lanzado en 2023 y ya devolviendo datos, cubre un campo más amplio que Roman pero con menor resolución espacial y profundidad; se espera que ambas misiones se complementen.

La diferencia de escala es el argumento central de la misión. Medir las propiedades de la energía oscura con la precisión necesaria para distinguir una verdadera constante cosmológica de una que evoluciona requiere muestras estadísticas de millones de objetos. La tensión de Hubble no puede resolverse con sondeos pequeños — requiere un censo.

Lo que Roman no resolverá

Las mediciones de Roman afinarán considerablemente las restricciones sobre la energía oscura, pero no resolverán todas las preguntas que ahora se le atribuyen. El instrumento no puede detectar directamente la energía oscura — mide sus efectos sobre cantidades observables, y esas mediciones conllevan sus propias incertidumbres sistemáticas. La calibración de las supernovas de tipo Ia, por ejemplo, depende de las mediciones de distancia de las cefeidas, que a su vez dependen de cómo las propiedades de pulsación de esas estrellas se ven afectadas por su entorno químico. Esa cadena de calibración es precisamente donde reside actualmente la tensión de Hubble.

Si los datos de Roman estrechan la brecha de H0 — acercando las mediciones locales y del universo temprano — sugerirá que la tensión surgió de un error sistemático no contabilizado en mediciones anteriores. Si la brecha persiste o se amplía tras la calibración mejorada de Roman, sería una fuerte evidencia de que el modelo estándar es genuinamente incompleto. Ese resultado sería el más trascendente, pero no nombraría por sí mismo qué está mal — solo confirmaría que algo lo está.

Jason Rhodes, cosmólogo del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA involucrado en la misión, describió el panorama actual sin rodeos: «Estamos empezando a ver tensiones entre las mediciones del universo temprano y las mediciones del universo tardío». Roman fue diseñado específicamente para hacer que esas tensiones desaparezcan o se endurezcan hasta convertirse en una anomalía confirmada.

La puesta en servicio lleva aproximadamente de 90 a 100 días tras el lanzamiento; se espera que las operaciones científicas comiencen a principios de 2027. El telescopio operará en el punto de Lagrange L2, a unos 1,5 millones de kilómetros de la Tierra, donde ya orbita el JWST. La misión principal abarca cinco años.

Preguntas frecuentes sobre el telescopio Roman y la energía oscura

¿Qué es exactamente la energía oscura?
La energía oscura es el nombre que se da a la causa desconocida de la expansión acelerada del universo. Representa aproximadamente el 68 por ciento del contenido energético total del universo según las estimaciones actuales, pero su naturaleza física sigue siendo desconocida. El modelo más simple la trata como una densidad de energía constante inherente al espacio vacío. Modelos más complejos permiten que cambie con el tiempo o que difiera en carácter de la constante cosmológica. Roman está diseñado para distinguir entre esas posibilidades.

¿Qué es la tensión de Hubble?
La constante de Hubble (H0) mide la velocidad a la que se expande el universo en la actualidad. Dos grandes categorías de medición — una que utiliza el fondo de microondas cósmico como punto de partida, y otra que usa candelas estándar cercanas como estrellas cefeidas y supernovas — dan consistentemente valores diferentes, cerca de 67 y 73 km/s/Mpc respectivamente. La discrepancia es estadísticamente lo suficientemente significativa como para que no pueda explicarse plausiblemente por azar, pero su causa no está resuelta.

¿En qué se diferencia Roman del telescopio espacial James Webb?
El JWST está optimizado para observaciones profundas y de campo estrecho de objetos individuales con una sensibilidad extraordinaria. Roman tiene el mismo tamaño de espejo que el Hubble pero un campo de visión de 100 a 200 veces mayor; intercambia profundidad por amplitud. Los dos telescopios están diseñados para trabajar juntos: Roman encuentra y cartografía a gran escala, el JWST hace seguimiento de objetivos específicos en detalle.

¿Por qué importa la energía oscura más allá de la cosmología?
La energía oscura determina el destino a largo plazo del universo. Si es verdaderamente constante, el universo continuará acelerándose indefinidamente, separando eventualmente las galaxias más allá del alcance de la luz de las demás. Si la energía oscura cambia con el tiempo — o se invierte — la trayectoria cambia. Las mediciones de Roman restringirán cuál de estos escenarios es físicamente plausible.

Si la tensión de Hubble sobrevive al escrutinio de Roman, la cosmología necesitará un nuevo modelo — uno capaz de explicar por qué las firmas de expansión más tempranas y más recientes del universo ya no coinciden.

Etiquetas: nasa, astronomy, cosmology, Dark Matter, dark energy, Hubble tension

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