Durante años, se ha sostenido la existencia de una sustancia invisible que permea el universo. Conocida como materia oscura, esta enigmática entidad, que representa alrededor del 85% de toda la materia del cosmos, solo ha sido identificada a través de su influencia gravitacional sobre objetos visibles. Esta materia oscura envuelve galaxias enteras en grandes estructuras esféricas que se interconectan, creando la red que sostiene el universo.
A pesar de su relevancia, muchos aspectos de esta vasta arquitectura aún son un misterio. El universo, impulsado por una fuerza etérea conocida como energía oscura, se encuentra en un estado de constante expansión, acelerándose en su crecimiento. Para abordar estos enigmáticos fenómenos intergalácticos, un nuevo telescopio espacial, que se lanzará el 30 de agosto desde el Centro Espacial Kennedy de la NASA en Florida, se propone desentrañarlos. Con una resolución comparable a la del Hubble y un campo de visión hasta cien veces mayor, el Telescopio Espacial Nancy Grace Roman promete ofrecer una nueva perspectiva del cosmos que podría responder a algunas de las más grandes interrogantes en astrofísica.
«Naturalmente, un observatorio como Roman es una máquina de descubrimientos. Encontraremos cosas raras, inusuales, nuevas y sorprendentes», comenta Julie McEnery, científica principal del proyecto del telescopio espacial de la NASA. Este observatorio lleva el nombre del primer astrónomo jefe de la NASA y, durante su misión principal de cinco años, cartografiará extensas áreas del espacio para ofrecer una visión integral de las galaxias y de la materia oscura, facilitando así la comprensión de cómo estas formaciones evolucionan a lo largo del tiempo.
Mapeo del cosmos y su evolución
El telescopio Roman se dedicará a rastrear estructuras astrofísicas mediante la medición de sutiles distorsiones de luz provocadas por la gravedad. Esto permitirá a los científicos estudiar la influencia de la energía oscura en la evolución cósmica. «No estamos midiendo las propiedades de algo en el universo. Estamos comprendiendo cómo funciona fundamentalmente el espacio en el que vivimos», expresa McEnery sobre el enfoque de esta investigación.
Se anticipa que la aguda visión del telescopio Roman capture hasta 200,000 nuevos planetas, lo que representaría un avance significativo respecto a los aproximadamente 6,300 exoplanetas confirmados hasta la fecha. La mayoría de estos cuerpos celestes serán detectados cuando bloqueen parte de la luz de sus estrellas anfitrionas, aunque su alta sensibilidad también le permitirá identificar alrededor de 1,000 planetas adicionales mediante la medición de los efectos gravitacionales que estos ejercen sobre la luz estelar.
Dada la potente resolución y el amplio alcance del telescopio, resulta difícil predecir con precisión qué otros descubrimientos podría realizar. «Los hallazgos más fascinantes de Roman podrían ser algo que ni siquiera podemos imaginar en este momento», concluye McEnery.
Un aliado del telescopio James Webb
En muchos aspectos, Roman complementará al telescopio espacial James Webb, ya que ambos se centran en la observación de luz infrarroja. Al igual que Webb, Roman orbitara un punto en el espacio a casi un millón de millas de la Tierra, conocido como Punto de Lagrange 2, donde los telescopios pueden bloquear eficazmente la luz del Sol, la Tierra y la Luna. Sin embargo, mientras que Webb está diseñado para explorar las profundidades del cosmos, Roman adoptará un enfoque más amplio. «El James Webb está optimizado para observar el universo, pero solo una pequeña porción del cielo. En cambio, Roman puede observar una gran área del cielo a la vez», explica la astrofísica Rachel Mandelbaum, de la Universidad Carnegie Mellon.
Esta visión panorámica permitirá a Roman investigar cientos de millones de estrellas en busca de planetas. Utilizando técnicas similares a misiones anteriores, el observatorio espacial localizará la mayoría de sus objetivos mediante la búsqueda de planetas que transitan frente a sus estrellas anfitrionas. Sin embargo, para identificar otros tipos de mundos, el telescopio empleará un método llamado microlente gravitacional.
Este fenómeno ocurre cuando dos estrellas se alinean, provocando que la luz de la estrella más distante se distorsione y se magnifique debido a la gravedad de la estrella más cercana. Si la estrella en primer plano tiene un planeta, Roman podrá detectar cómo la gravedad de este cuerpo celeste amplifica aún más la luz de la estrella que se encuentra detrás. «Este método permite detectar planetas que se encuentran más lejos de sus estrellas que otros métodos. No es necesario que el planeta complete una órbita entera para poder detectarlo», explica Matthew Penny, investigador de exoplanetas de la Universidad Estatal de Luisiana.
Explorando nuevas fronteras planetarias
La sensibilidad de Roman hacia estos efectos de microlente gravitacional le permitirá identificar planetas con menos masa que Mercurio. También será capaz de detectar planetas errantes que se han separado de sus estrellas o que se han formado de manera independiente en el vacío. A través del estudio de estas nuevas poblaciones de planetas, los científicos pueden obtener información valiosa sobre las condiciones que podrían dar lugar a un sistema similar al nuestro, y por ende, a un planeta que albergue vida como la Tierra.
Matthew Penny destaca que «aunque todavía no lo sabemos con certeza, nuestro sistema solar es bastante único. Hay muchas circunstancias favorables en él que permiten la vida». La exploración de las regiones exteriores de los sistemas planetarios puede proporcionar piezas clave que faltan en este rompecabezas cósmico. Según Penny, la presencia de planetas grandes en la periferia de una estrella podría facilitar la formación de planetas más pequeños en la zona habitable, donde existen las condiciones propicias para el agua líquida.
«Sin un censo completo de toda la gama de planetas posibles, realmente no sabemos cuán comunes son los planetas como la Tierra, o los sistemas planetarios como el nuestro», agrega Penny.
Perspectivas sobre la materia oscura
Además de descubrir una multitud de nuevos mundos, Roman dirigirá su mirada hacia más de mil millones de galaxias, centrándose en aquellas que existieron entre 2,000 y 6,000 millones de años después del Big Bang. Mandelbaum señala que uno de los aspectos que se investiga es la historia y el desarrollo de la estructura cósmica: «En el universo primitivo, la materia estaba distribuida de forma casi uniforme, aunque existían pequeñas perturbaciones que eran solo fracciones más densas».
Con el tiempo, estas regiones ligeramente más densas comenzaron a atraer más material, dando lugar a inmensos cúmulos de materia oscura conocidos como halos. El gas fue concentrándose en el centro de estos halos, donde se formaron estrellas que posteriormente se agruparon para crear galaxias. Roman elaborará un mapa extraordinariamente detallado de las galaxias visibles y trazará la distribución de la materia oscura con mayor precisión que nunca, utilizando una técnica denominada «lente gravitacional débil».
Al analizar cómo los rayos de luz de las galaxias se ven perturbados al atravesar el universo, los científicos podrán rastrear la red cósmica de materia oscura que conecta los cúmulos de galaxias. Comparar los mapas generados por Roman con las observaciones del universo temprano permitirá a los investigadores estudiar cómo ha evolucionado la materia oscura a lo largo del tiempo. «Estamos intentando responder preguntas fundamentales sobre el universo, y resulta ser increíblemente difícil. Necesitamos observatorios realmente potentes como el de Roman», concluye Mandelbaum.
Enfrentando los enigmas del cosmos
Recientemente, han surgido tres anomalías significativas en el ámbito de la cosmología. La primera indica que el universo parece estar expandiéndose a un ritmo más acelerado de lo que predicen los modelos basados en las condiciones inmediatamente posteriores al Big Bang. La segunda sugiere que la materia en el universo está distribuida de manera más uniforme de lo anticipado. Y la tercera, un reciente hallazgo del Instrumento Espectroscópico de Energía Oscura (DESI) en Arizona, sugiere que la energía oscura, la fuerza que impulsa la expansión del universo, podría estar debilitándose inesperadamente con el tiempo.
Estas tres tensiones, como las denominan los científicos, apuntan a áreas donde el modelo cosmológico estándar podría ser incompleto. «Resulta intrigante, porque hay indicios de que algo no está bien», afirma McEnery. Para cada uno de estos misterios sin resolver, Roman ofrecerá datos valiosos. En relación a la tasa de expansión del universo, se espera que el telescopio capture decenas de miles de explosiones de supernovas, superando con creces las observaciones previas. Algunas de estas supernovas pueden utilizarse para medir la tasa de expansión actual del universo, lo que permitirá calcular este valor con mayor precisión.
Además, los mapas de estructuras a gran escala generados por el observatorio ayudarán a los investigadores a entender mejor la distribución de la materia en el universo, así como su agrupamiento.