Una investigación realizada por la colaboración Dark Energy Survey (DES), en la que participa el Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), ha confirmado la presencia de un supervacío, una región extremadamente grande con una densidad de materia inferior a la del promedio, en la constelación de Eridanus. Su estudio podría proporcionar nuevas pistas sobre la naturaleza de la energía oscura. El resultado se publica hoy en la revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

La posibilidad de cartografiar las mayores estructuras del Universo siempre ha sido una aspiración de la Astrofísica. Tras un minucioso estudio de nuestra región cósmica, recientes descubrimientos sitúan nuestra galaxia en un supercúmulo, denominado Laniakea, que forma parte de una red cósmica de galaxias. Sin embargo, se sabe muy poco sobre nuestro vecindario cósmico.

Ahora, una nueva investigación realizada por la colaboración Dark Energy Survey (DES) y liderada por el investigador del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) András Kovács ha confirmado la presencia de una gran región de baja densidad de materia o supervacío en la constelación de Eridanus.

Esta región es también la ubicación de la denominada “mancha fría”, que es una de las anomalías a gran escala del Fondo Cósmico de Microondas (CMB, por sus siglas en inglés), un tipo de radiación fósil procedente de los orígenes del Universo. Esta anomalía corresponde a una estructura, situada sobre el cielo del hemisferio sur eclíptico, con una temperatura más fría que el promedio.

Sin embargo, una región fría tan grande como la “mancha fría” parece muy poco probable según el modelo cosmológico estándar. Por ello, el equipo de DES siguió la hipótesis de que un supervacío podría explicar, al menos en parte, por qué esta mancha es significativamente mayor y más fría de lo esperado. Los científicos creen, además, que esta gigantesca región podría utilizarse como un laboratorio único para aprender sobre la esquiva energía oscura.

Desde el punto de vista de la energía, un supervacío se puede imaginar como una colina que hay que escalar desde la perspectiva de los fotones del CMB en su viaje hacia nuestros telescopios. Para atravesar esta región de menor densidad, estos fotones deben invertir energía. Sin embargo, durante su paso, estos fotones sufren el efecto de la energía oscura, responsable de la expansión cósmica. Esta energía actúa como una fuerza repulsiva, opuesta a la gravedad, de forma que ralentiza el ritmo de formación de las estructuras cósmicas más grandes y las suaviza.

Por ello, a la salida de un supervacío, los fotones del CMB, en lugar de recuperar la misma energía invertida en subir la colina, pierden una parte de ella ya que la energía oscura suaviza el descenso. Esta pérdida neta de energía equivale a un ligero enfriamiento de las temperaturas de los fotones del CMB que atraviesan los supervacíos. Así, estudiando en detalle este efecto los cosmólogos pueden inferir propiedades de la energía oscura.

En el caso de la “mancha fría” del CMB, estudios de galaxias anteriores ya habían encontrado evidencias que apoyan esta hipótesis, pero los datos del DES, en los que ha participado el también investigador del IAC Aurelio Carnero Rosell, proporcionan una nueva clave observable. El mapa reconstruido de la distribución de la materia oscura proporciona pruebas estadísticamente sólidas de la falta de materia a unos 1.800 millones de años luz en Eridanus, lo que convierte a este supervacío en una de las mayores estructuras de nuestra vecindad cósmica.

“Sin embargo, las dimensiones observadas del supervacío de Eridanus no pueden explicar completamente la profunda depresión de la temperatura de la ‘mancha fría’ si se asume el modelo estándar de energía oscura en los cálculos”, señala Kovács. Según el astrofísico la explicación completa requeriría un componente de energía oscura aún más fuerte para causar una expansión más rápida y un Universo menos aglomerado en tiempos tardíos.

“Cientos de otros supervacíos detectados en el Universo más lejano también han mostrado evidencias moderadas de manchas frías mayores de lo esperado, pero la resolución de este antiguo debate en cosmología vendrá muy probablemente de una próxima generación de estudios cosmológicos que cartografiarán volúmenes aún mayores”, concluye el investigador.

Artículo: A. Kovács et al. (the DES Collaboration): “The DES view of the Eridanus supervoid and the CMB Cold Spot”, MNRAS, December 2021. DOI: https://doi.org/10.1093/mnras/stab3309

Contacto en el IAC:
András Kóvacs, akovacs [at] iac.es (akovacs[at]iac[dot]es)
Aurelio Carnero Rosell, aurelio.carnero [at] iac.es (aurelio[dot]carnero[at]iac[dot]es)