A principios del siglo XX, gracias a las observaciones del astrónomo estadounidense Edwin Hubble y al trabajo teórico del belga Georges Lemaître, la humanidad descubrió que el Universo se expandía. Es una gran revolución científica y filosófica. El tejido del Universo no solo no es estático e inmutable, sino que sugiere, al rebobinar la película al revés, que toda la materia estuvo una vez concentrada en un solo punto, que hubo un comienzo.
Un «big bang» como lo bautizó despectivamente el astrofísico británico Fred Hoyle, quien consideró absurda la idea. Irónicamente, el término acuñado en 1950 se mantuvo e hizo mucho para popularizar la «teoría del átomo primitivo» de Abbé Lemaître. Sorprendentemente, las ecuaciones de la relatividad general de Einstein, establecidas en 1915, predijeron con bastante naturalidad este Universo dinámico. Pero el brillante físico alemán había preferido añadir artificialmente un término llamado «constante cosmológica» para «estabilizar» el Universo. Cuando descubrió el trabajo del Hubble en 1929, reconoció que allí había cometido el mayor error de su vida.
Un siglo después, la situación se ha vuelto un poco más compleja aún. En la década de 1970, la astrónoma estadounidense Vera Rubin demostró por primera vez que las galaxias giran demasiado rápido sobre sí mismas en comparación con su masa aparente. Solo mediante la introducción de grandes cantidades de una misteriosa «materia oscura», que es completamente invisible y se manifiesta solo a través de sus efectos gravitatorios, todo vuelve a la normalidad. Pero, ¿cuál es la naturaleza de esta sustancia? Algo menos de treinta años después, dos colaboraciones, lideradas respectivamente por los cosmólogos estadounidenses Saul Perlmutter y Adam Riess, muestran esta vez que la expansión del Universo no es lineal: se está acelerando. Nuevamente, se debe agregar «algo» a los modelos para que coincidan con las observaciones. El término «energía oscura» está ganando terreno poco a poco. Nuevamente, su naturaleza exacta sigue siendo altamente especulativa. Ni siquiera es seguro que sea una energía…
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Es en un intento de responder a estos dos grandes enigmas astronómicos, la naturaleza y las propiedades de la materia oscura y la energía (que constituyen respectivamente el 25% y el 70% del contenido del Universo), que el telescopio espacial europeo Euclid va a ser lanzado el sábado. Su puesta en órbita, prevista inicialmente para el año pasado, se realizaría desde Guyana a bordo de un cohete Soyuz. La invasión rusa de Ucrania obligó a la Agencia Espacial Europea (ESA) a cambiar sus planes. Ariane 5 se retira y Ariane 6 aún no está disponible, la ESA recurrió a la competencia estadounidense. Es por tanto desde Cabo Cañaveral y a bordo de un SpaceX Falcon 9 que despegará esta pequeña joya de la tecnología, cuyo coste total se estima en 1.400 millones de euros, para dirigirse a 1,5 millones de kilómetros de la Tierra, en torno al segundo punto de Lagrange, un punto de equilibrio gravitatorio muy popular entre los astrónomos (aquí ya se encuentra el telescopio James-Webb, por ejemplo). Thalès Alenia Space se encargó de la construcción del satélite completo y Airbus se encargó de la construcción del propio telescopio.
Las actuaciones esperadas son impresionantes. “Desde su puesta en marcha en 1990, el Telescopio Espacial Hubble ha cubierto un área de cielo equivalente a lo que Euclid podrá hacer en dos días y medio, con la misma calidad de imagen”, explica Yannick Mellier, director de investigación de la el Institut d’astrophysique de Paris y director científico del consorcio Euclid. En seis años, el telescopio debería realizar un estudio exhaustivo de un tercio del cielo. Que en realidad representa toda la bóveda celeste explotable, una vez excluido el plano de la eclíptica (donde orbitan los planetas) y la Vía Láctea (nuestra galaxia), dos primeros planos demasiado deslumbrantes para acceder a las lejanas galaxias que interesan a los cosmólogos. En total, 12 mil millones de galaxias serán fotografiadas y catalogadas durante la misión. Para 30 a 35 millones de ellos, los astrónomos tendrán espectros de alta resolución, una especie de tarjeta de identidad luminosa de la que los especialistas pueden extraer mucha información, incluida la distancia y la velocidad. Este catálogo de galaxias promete ser fenomenal. Recopilará 300 petabytes de datos, o el equivalente a 300.000 discos duros de un terabyte.
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¿Cómo nos dirá esto sobre la naturaleza de la materia oscura y la energía oscura? Sencillamente porque las galaxias no están distribuidas al azar en el cielo. Están organizados según una matriz de filamentos cuya geometría y evolución dependen estrechamente de la naturaleza, propiedades y cantidades de las dos misteriosas «sustancias». Sin embargo, estos no serán fáciles de eliminar. “Vamos a utilizar varias sondas cosmológicas para intentar definir los parámetros esenciales”, explica Anne Ealet, directora del Institut de physique des deux infinis de Lyon, que diseñó uno de los dos instrumentos principales de Euclid.
La primera técnica consiste en observar la forma en que las galaxias son deformadas por la materia oscura situada a lo largo de la línea de visión (los rayos de luz son, en efecto, muy ligeramente desviados por la masa). «Es un efecto muy sutil que no es visible a simple vista y solo emerge después de un extenso análisis estadístico», advierte Raphaël Gavazzi, investigador del Laboratoire d’astrophysique de Marseille, y uno de los 1600 científicos involucrados en el consorcio Euclid ( el más grande jamás formado para una misión espacial). Esta medición no se pudo realizar en el suelo. Gracias a la medición de las distancias de las galaxias, “vamos a cortar el Universo en diez rebanadas de unos 1.000 millones de años luz de espesor”, explica Yannick Mellier. «Esto nos permitirá derivar parámetros promedio en el fondo en diferentes momentos, lo que nos permitirá ver cómo ha evolucionado». Los investigadores piensan así en analizar la distorsión gravitatoria de aproximadamente 1.500 millones de galaxias.
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La segunda técnica utilizará 30 millones de galaxias cuyos datos espectrales permiten conocer con precisión la distancia y la velocidad. “Las galaxias generalmente se alejan de nosotros a medida que el Universo se expande, pero también tienen un movimiento propio que refleja la forma en que caen sobre las estructuras gravitatorias, los filamentos de la red cósmica”, explica Yannick Mellier. Una vez más, el Universo se dividirá en diez rebanadas de mil millones de años luz de profundidad, lo que corresponde a diferentes épocas. En particular, los científicos buscarán en estos datos el rastro de las «oscilaciones acústicas de los bariones», una firma espacial heredada de los primeros días del Universo, cuando las ondas de materia se propagaban en la sopa primordial, como si se hubieran arrojado guijarros a un recipiente. estanque cósmico. “Esto formó círculos de sobredensidad que se congelaron en el momento de la Gran Recombinación y que luego crecieron bajo el solo efecto de la expansión del Universo”, dice Anne Ealet.
Otros equipos trabajarán en grandes cúmulos de galaxias, que constituyen los nodos de la red cósmica y que reúnen a cientos o incluso miles de galaxias. «Euclid debería catalogar varios cientos de miles de cúmulos ricos en diferentes momentos», dice Sophie Maurogordato, directora de investigación del CNRS en el laboratorio Joseph-Louis-Lagrange del Observatorio de la Costa Azul. “De esa manera podemos ver cómo han evolucionado estos nodos a lo largo de la historia del Universo. Según los modelos, el crecimiento de los cúmulos a lo largo del tiempo no es el mismo, lo que la convierte en una sonda cosmológica muy prometedora”.
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En general, los investigadores tendrán acceso a varias técnicas independientes para ajustar los parámetros de los modelos y, en particular, estimar la tasa de crecimiento de grandes estructuras. ¿Será esto suficiente para generar un patrón único y consistente que pueda explicar todas las observaciones? “Ese era el objetivo inicial, pero la cuestión es probablemente más compleja de lo que habíamos imaginado”, analiza Anne Ealet. “En quince años han surgido muchas tensiones aquí y allá. Las detecciones de ondas gravitacionales muestran, por ejemplo, que hay muchos más agujeros negros de masa intermedia de lo que se pensaba anteriormente. Disponemos de medidas divergentes de la tasa de expansión actual del Universo según los métodos utilizados, ya sean locales o deducidos del estudio del fondo cósmico de microondas.
En otras palabras, Euclides promete dar un paso crucial en la descripción de las grandes estructuras del Universo y su evolución, pero es probable que el telescopio por sí solo no pueda resolverlo todo. “Hay muchos proyectos, en curso y futuros, que permitirán poco a poco afinar nuestras medidas y acotar los modelos”, subraya Étienne Burtin, físico del Instituto de Investigación de las Leyes Fundamentales del Universo de la CEA y miembro de la colaboración Desi (Dark Energy Survey Instrument), un estudio espectral que es a la vez concurrente y complementario a Euclid, llevado a cabo desde el suelo. «Realmente vivimos en un momento muy desafiante para la cosmología».
