Una c¨¢mara espa?ola para sacar a la luz la energ¨ªa oscura del universo

La gran sorpresa que supuso para los cient¨ªficos el descubrir, hace m¨¢s de 15 a?os, que la expansi¨®n del universo no se est¨¢ ralentizando, como se esperaba, sino que se est¨¢ acelerando, ha merecido ya un premio Nobel de F¨ªsica, en 2011 (Saul Perlmutter, Brian P. Schmidt y Adam Riess) por el hallazgo en s¨ª. Pero sigue siendo una inc¨®gnita la naturaleza de esa aceleraci¨®n, llamada energ¨ªa oscura, que hace que las galaxias se separen unas de otras cada vez m¨¢s deprisa. Y para atacar el problema expertos en todo el mundo idean y preparan experimentos y observaciones que puedan arrojar luz sobre el fen¨®meno. El ¨²ltimo que se ha estrenado es espa?ol: una c¨¢mara astron¨®mica especial, denominada PAU,? dise?ada y construida en Espa?a que acaba de abrir sus ojos por primera vez al cielo, lo que se llama primera luz, y con total satisfacci¨®n para sus responsables. Esta instalada en el telescopio William Herschel, de espejo principal de 4,2 metros de di¨¢metro, del Observatorio de El Roque de los Muchachos, en Canarias, y podr¨ªa proporcionar informaci¨®n cient¨ªfica significativa a partir del a?o que viene, cuando empiecen las observaciones sistem¨¢ticas de millones de galaxias lejanas.

La PAU (siglas en ingl¨¦s de F¨ªsica del Universo Acelerado), a partir de ahora, ¡°compite y colabora¡±, como dice el coordinador del proyecto Enrique Fern¨¢ndez, con media docena de instrumentos cient¨ªficos en el mundo espec¨ªficos para intentar averiguar qu¨¦ es la energ¨ªa oscura. ¡°Cada t¨¦cnica de observaci¨®n te aporta parte de la informaci¨®n y cuando combinas la informaci¨®n ves que todo cuadra¡±, se?ala Fern¨¢ndez, catedr¨¢tico de la Universidad Aut¨®noma de Barcelona (UAB) e investigador del IFAE (Instituto de F¨ªsica de Altas Energ¨ªas). As¨ª que toca competir para ser los primeros en descubrir algo y colaborar a la vez para avanzar en este intrincado problema cient¨ªfico.

?¡°La primera luz ha ido muy bien, hemos tenido cinco noches de observaci¨®n y ya hemos hecho la puesta a punto de la c¨¢mara; en septiembre u octubre tendremos cinco noches m¨¢s del telescopio para tomar datos¡±, explica Fern¨¢ndez a EL PA?S. ¡°Luego, hemos solicitado un centenar de noches en 2016 y 2017 y despu¨¦s del primer a?o esperamos tener ya resultados relevantes¡±. El tipo de trabajo que har¨¢ la PAU, de rastreo de millones de objetos celestes, exige muchas horas de observaci¨®n, a diferencia de los estudios que se centran en una galaxia o una estrella concretas, a?ade el cient¨ªfico.

El universo a partir del Big Bang est¨¢ en expansi¨®n; las galaxias y los c¨²mulos de galaxias se alejan unos de otros. Eso se sabe desde hace d¨¦cadas. Cab¨ªa esperar que, a medida que pasa el tiempo, la atracci¨®n gravitacional entre galaxias hiciera que esa expansi¨®n se fuera haciendo cada vez m¨¢s lenta, por lo que result¨® una enorme sorpresa comprobar, en los a?os noventa, que en realidad se est¨¢ acelerando, que las galaxias se est¨¢n separando unas de otras m¨¢s r¨¢pido que antes.

Como no se comprende, el fen¨®meno se ha venido a llamar energ¨ªa oscura y siempre que se habla de ella se recuerda que el sensacional hallazgo puede convertir en certero lo que Einstein consider¨® su mayor error. En pocas palabras: Einstein pensaba que el universo era est¨¢tico, pero como la resoluci¨®n de sus ecuaciones daba un cosmos din¨¢mico el f¨ªsico alem¨¢n introdujo la que llam¨® Constante Cosmol¨®gica para frenarlo. Cuando poco despu¨¦s Edwin Hubble descubri¨® que las galaxias se alejan unas de otras y que lo hacen a mayor velocidad cuanto m¨¢s lejos est¨¢n, result¨® que el universo era din¨¢mico, surgi¨® la teor¨ªa del Big Bang y Einstein calific¨® de su ¡°mayor error¡± esa Constante Cosmol¨®gica que lo estabilizaba. D¨¦cadas despu¨¦s, al descubrirse al expansi¨®n acelerada, se desempolv¨® dicha constante para intentar explicarla. B¨¢sicamente la idea es que la energ¨ªa oscura es una fuerza repulsiva que domina sobre la fuerza gravitatoria atractiva y que hace que las galaxias se distancien cada vez m¨¢s deprisa.

La energ¨ªa oscura supone el 68,3% del universo

Pero son teor¨ªas, y en ciencia hay que demostrar las cosas con observaciones y experimentos. Lo que ya se sabe es que la energ¨ªa oscura supone el 68,3% del universo.

La c¨¢mara PAU va a medir la distancia a muchas galaxias determinando el llamado corrimiento al rojo de cada una. Al expandirse el universo, la luz que emiten las galaxias llega a la Tierra desplazada a longitudes de onda mayores que en las que se emiti¨®, es decir, se desplaza hacia la parte roja del espectro electromagn¨¦tico. ¡°Es el equivalente del cambio de tono de la sirena de una ambulancia cuando se aleja de nosotros¡±, explican los cient¨ªficos de la colaboraci¨®n PAU. ¡°El corrimiento al rojo se mide con t¨¦cnicas fotom¨¦tricas, donde se fotograf¨ªa el mismo objeto celeste m¨²ltiples veces a trav¨¦s de filtros de diferentes colores¡±, contin¨²an. ¡°El innovador dise?o de la PAUcam incorpora 40 filtros, mientras que habitualmente son media docena, lo cual permite una precisi¨®n sin precedentes en la medida del corrimiento al rojo¡±, y de ah¨ª la distancia a las galaxias.

¡°La c¨¢mara permite hacer estudios amplio y precisos de la expansi¨®n del universo¡±, se?ala Crist¨®bal Padilla, investigador del IFAE. ¡°Gracias a los 40 filtros incorporados y su gran campo de visi¨®n, la c¨¢mara puede conseguir en una sola noche de observaci¨®n los espectros de luz, de baja resoluci¨®n, de unos 50.000 objetos celestes de forma simult¨¢nea. La PAUcam es pionera en algunos aspectos, tanto en t¨¦cnicas de observaci¨®n como en temas puramente tecnol¨®gicos¡±, afirma.

¡°Para investigar la energ¨ªa oscura se necesita cubrir mucho volumen, para lo cual se requieren c¨¢maras de gran campo que cubran una gran ¨¢rea en el cielo y que est¨¦n instaladas en telescopios con gran poder colector para ir profundo y poder observar a alto corrimiento al rojo (a distancias lejanas)¡±, explica Francisco Javier Cantander, investigador del Instituto de Ciencias del Espacio (ICE-CSIC/IEEC) a EL PAIS por correo electr¨®nico desde Lausana (Suiza). All¨ª participa en una reuni¨®n de la futura misi¨®n Euclid, de la Agencia Europea del Espacio (ESA), precisamente dedicada a explorar la energ¨ªa oscura y podr¨ªa aprovechar la experiencia de la PAUcam.

No es este proyecto espa?ol el ¨²nico dise?ado para afrontar experimentalmente este gran y dif¨ªcil reto de la cosmolog¨ªa del siglo XXI. Castander cita hasta siete c¨¢maras m¨¢s instaladas ya en observatorios en Chile, Hawai y Arizona (EEUU). Y otras est¨¢n en preparaci¨®n. ¡°Pero ninguna de ellas dispone de un sistema de filtros como el de la PAUcam, que permite obtener corrimientos al rojo fotom¨¦tricos precisos¡±, puntualiza Castander. Incluso en una de ellas, la DECcam estadounidense, que lleva ya dos a?os tomando datos, la aportaci¨®n del equipo espa?ol de PAU ha sido notable: toda la electr¨®nica del instrumento, apunta Fern¨¢ndez.

La c¨¢mara espa?ola va a permitir medir la distancia con un error relativo de solo un 0,3% para una gran cantidad de galaxias lejanas, destacan los miembros del proyecto en un comunicado.

La PAUcam es pionera en algunos aspectos, tanto en t¨¦cnicas de observaci¨®n como en temas puramente tecnol¨®gicos¡±

¡°De la energ¨ªa oscura lo que hacemos es medir su efectos, y eso se hace de varias maneras, como los estudios de supernovas, la estructura a gran escala del universo¡­. cada t¨¦cnica te dice algo, de ah¨ª la necesidad de cooperar y competir¡±, comenta Fern¨¢ndez. ¡°Nosotros vamos a concentrarnos en medir correlaciones entre distribuciones de galaxias a distintas distancias, algo que podemos hacer muy bien¡±.

La c¨¢mara espa?ola ha sido dise?ada y construida en seis a?os por especialistas de varias instituciones espa?olas: IFAE, ICE, el Puerto de Informaci¨®n Cient¨ªfica (PIC), el Ciemat y el Instituto de F¨ªsica Te¨®rica (IFT-UAM-CSIC). Su coste, en material, asciende a unos tres millones y medio de euros, que ser¨ªa el doble si se suma el coste de personal de las distintas instituciones que integran el proyecto, se?ala Fern¨¢ndez. La c¨¢mara pesa 270 kilos y destaca su ¡°revolucionaria estructura de fibra de carbono¡± desarrollada en Espa?a, con la indudable ventaja de su reducci¨®n de peso, se?ala la colaboraci¨®n.

¡°Ahora tenemos que analizar los datos obtenidos durante la fase de commissioning [ensayos iniciales de funcionamiento]¡±, explica Castander. ¡°El an¨¢lisis r¨¢pido que hicimos en el observatorio, nos dio la impresi¨®n de que no necesitamos m¨¢s tiempo de prueba; de hecho, conseguimos realizar todos los test y tareas que ten¨ªamos programadas m¨¢s r¨¢pido de lo previsto y, en las dos ¨²ltimas noches, pudimos tomar datos para hacer la verificaci¨®n cient¨ªfica¡±, contin¨²a.

Para la fase de posibles descubrimientos cient¨ªficos habr¨¢ que esperar un poco.