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Con el fin de estudiar los secretos de la energía oscura, un grupo internacional de más de 100 científicos colaboró para crear el mapa tridimensional del Universo más grande de la historia con un récord de 1.2 millones de galaxias. El pasado 14 de julio, el grupo conformado por científicos del Sloan Digital Survey III (SDSS-III) anunció los resultados más nítidos que se tienen sobre la energía oscura.

Estas nuevas mediciones se hicieron como parte del proyecto de Sondeo Espectroscópico de Oscilaciones Acústicas de Bariones (BOSS, por sus siglas en inglés) que es una de las partes que conforman el SDSS-III. Este mapa permite a los astrónomos medir la tasa de expansión del Universo y determinar la cantidad de materia y energía oscuras que constituyen el Universo de hoy.

“Hemos dedicado una década a recolectar medidas de 1.2 millones de galaxias en un cuarto del cielo para hacer un mapa de la estructura del Universo a través de un volumen de 650 mil millones de años luz cúbicos. Este mapa nos permite hacer las mejores medidas de los efectos de la energía oscura en la expansión del Universo”, dijo Jeremy Tinker, de la Universidad de Nueva York, co-líder del grupo de trabajo de BOSS.

Un conjunto de artículos que describen estos resultados fueron sometidos a revistas arbitradas este verano. Mariana Vargas, investigadora del Instituto de Física de la UNAM y colaboradora del proyecto BOSS, es coautora de diez de estos documentos y autora principal del artículo titulado: "The clustering of galaxies in the completed SDSS-III Baryon Oscillation Spectroscopic Survey: theoretical systematics and Baryon Acoustic Oscillations in the galaxy correlation function". Este conjunto de artículos marca el fin de una colaboración que trabajó durante 10 años para lograr estas mediciones. Se trata de un evento muy importante en la cosmología con censos de galaxias.

Mariana Vargas condujo un análisis minucioso de los efectos sutiles que puden distorsionar o alterar las mediciones de BOSS. Su análisis permitió al equipo de BOSS tener confianza en que sus mediciones tienen uno por ciento de precisión. "Para llegar al uno por ciento, tenemos que ser meticulosos acerca de nuestras mediciones en particular si queremos extraer conclusiones acerca del Universo", comenta Mariana Vargas a Noticias IFUNAM.

BOSS mide la tasa de expansión del Universo mediante la determinación del tamaño de las oscilaciones acústicas de bariones (BAO) en la distribución tridimensional de las galaxias. El tamaño original de las BAO está determinado por las ondas de presión que viajaban a través del Universo joven hasta cuando tenía 400 mil años de edad (el Universo tiene actualmente 13,8 mil millones de años), momento en el que llegaron a ser congeladas en la distribución de la materia del Universo, dejando una huella, una escala característica en el Universo.

El resultado final es que las galaxias están preferentemente separadas por una distancia característica que los astrónomos llaman: escala acústica. El tamaño de la escala acústica, 13,48 mil millones de años atrás, se ha determinado exquisitamente a partir de observaciones de la radiación cósmica de fondo de la luz emitida cuando las ondas de presión se congelaron.

La medición de la distribución de las galaxias desde ese entonces permite a los astrónomos medir cómo la materia y la energía oscuras han competido para gobernar la velocidad de expansión del Universo.

BOSS tiene el compromiso de liberar datos aproximadamente cada año. Al bloque de datos liberados se le llama “data release”. El data release 12, que es el último a liberar, es muy importante puesto que con este se cierra la colaboración de 10 años: "se liberan todos los datos que se tomaron y se publica el último conjunto de artículos, es decir, se acaba BOSS; cumple su objetivo científico y deja el legado de los datos tomados durante los años de operación", dice Vargas.

Este conjunto de datos es el más poderoso hasta la fecha e impone los límites más precisos para los parámetros de la ecuación de estado de la energía oscura. La ecuación de estado es la encargada de describir el estado de agregación y la medición de ésta en la energía oscura es uno de los mayores retos de la cosmología. Por tanto, dice Mariana, "el legado de BOSS es muy importante y lo seguirá siendo dentro de muchos años".

El objetivo principal de BOSS, como proyecto de energía oscura, era medir la distancia de BAO con la mayor precisión posible, se había pronosticado un 1% de precisión pero dicho objetivo se cumplió desde el data release 11. Para para el 12 se entregó un nuevo resultado que está alrededor del mismo porcentaje de precisión.

Los 10 años de Mariana Vargas en BOSS

Durante los diez años de vida de este proyecto, Mariana Vargas ha colaborado en diferentes partes del mismo. Comenzó como estudiante de doctorado en París. “En ese momento, aprendí toda la metodología para hacer mediciones de BAO, mi contribución fue modesta, tuve que aprender cómo hacer los análisis para extraer la señal de BAO”, recuerda.

Posteriormente, en su postdoctorado en Carnegie Mellon, en Pittsburgh, Pensilvania, Estados Unidos, se enfocó en la parte del análisis que corresponde a la reconstrucción: una técnica que permite reducir los errores en la distancia de BAO. Durante esta etapa, también trabajó en los detalles finos del ajuste de la señal de BAO.

Así fue el camino que Vargas recorrió para llegar a lo que hoy es su especialidad y lo que constituye su artículo como primera autora: el estudio de los errores sistemáticos generados por la metodología dentro de las BAO, así como su participación en los otros ocho artículos.

“Este conjunto de publicaciones representan para mí el cierre de un ciclo que empezó cuando inicié mi investigación en el doctorado y que culmina en mi posición de investigadora en el IFUNAM; mi crecimiento académico fue en el seno de esta colaboración. Estoy muy satisfecha con el resultado”, comenta Vargas.

Pero las cosas no terminan ahí, puesto que es posible extender el rango de corrimiento al rojo, lo cual es importante porque da más puntos que ajustar. Por tanto, se ha creado el proyecto Extended BOSS (eBOSS), que además de analizar otro tipo de galaxias, está haciendo un censo con quasares para utilizarlos como trazadores de la materia. También se planea el proyecto DESI (Dark Energy Spectroscopic Instrument): un censo de galaxias y quasares que dará inicio en 2018.

“La cosmología moderna está volcada en las observaciones, en particularm el próximo decenio contaremos con muchos experimentos que nos proporcionarán una cantidad enorme de observaciones. Es importante que en México exista gente que se prepare en esta rama tan importante de la cosmología. Desde mi incorporación al Instituto de Física he estado impulsando esta línea de investigación. Al igual que yo, existen en México un conjunto de investigadores que están interesados en fortalecer las investigaciones en cosmología observacional, tenemos acceso a datos de SDSS-IV/eBOSS como institución y además existen investigadores involucrados en DESI, es importante aprovechar esta coyuntura”, comenta Vargas.

La joven investigadora y sus colaboradores están tratando de impulsar esta línea de investigación y consolidar un grupo de personas en México que se integren al estudio de la cosmología observacional y, por supuesto, que continúen con su estudio.