Mientras investigaban la historia de nuestro cosmos, observando una amplia muestra de galaxias activas distantes con el Telescopio de Rayos X Chandra de la NASA y el XMM-Newton de la ESA, un equipo de astrónomos ha descubierto que la expansión del Universo puede ir más allá de lo que predice el modelo estándar.
Según el principal escenario, nuestro Universo apenas contiene un porcentaje mínimo de materia común. Una cuarta parte del cosmos consiste en materia oscura, que podemos “sentir” gravitacionalmente, pero no observar; el resto está formado por la misteriosa energía oscura responsable de la actual aceleración en la expansión del Universo.
Este modelo se basa en un vasto conjunto de datos recopilados a lo largo de las últimas dos décadas, desde el fondo cósmico de microondas —la primera luz en la historia del cosmos, surgida tan solo 380.000 años tras el Big Bang y observada con un nivel de detalle sin precedentes por la misión Planck de la ESA— hasta observaciones más “locales”. Estas últimas incluyen supernovas, cúmulos galácticos y la distorsión gravitacional que la materia oscura provoca en galaxias distantes; y permiten hacer un seguimiento de la expansión cósmica en épocas recientes de la historia del Universo, remontándose hasta los últimos 9.000 millones de años.
Un nuevo estudio dirigido por Guido Risaliti, de la Universidad de Florencia (Italia), e Elisabeta Lusso, de la Universidad de Durham (Reino Unido), apunta a otro tipo de indicadores cósmicos —los cuásares— que llenarían el vacío entre estas observaciones, midiendo la expansión del Universo hasta hace 12.000 millones de años.
Los cuásares son núcleos galácticos en los que un agujero negro supermasivo absorbe con intensidad toda la materia que se encuentra a su alrededor, mostrando un fuerte brillo en el espectro electromagnético. A medida que la materia cae en el agujero negro, forma un disco turbulento que emite radiación en luz visible y ultravioleta. Esta luz, a su vez, calienta los electrones cercanos, generando rayos X.
Hace tres años, Guido y Elisabeta se dieron cuenta de que la relación bien conocida entre el brillo en ultravioleta y rayos X de los cuásares podía emplearse para calcular la distancia a esas fuentes —algo especialmente complicado en astronomía— y, en consecuencia, para estudiar la historia de la expansión del Universo.
Las fuentes astronómicas cuyas propiedades nos permiten medir sus distancias se conocen como “velas estándar”.
La clase más conocida es la supernova de “tipo Ia”, que se produce cuando una enana blanca muere al rebasar el límite de acreción de material absorbido de su estrella compañera, generando una espectacular explosión de brillo predecible. Este brillo permite a los astrónomos identificar su distancia. A finales de la década de los noventa,la observación de este tipo de supernovas reveló que el Universo llevaba varios miles de millones de años expandiéndose de forma acelerada.
“El uso de los cuásares como velas estándar tiene un gran potencial, ya que podemos observarlos a distancias mucho mayores que las supernovas de tipo Ia y, en consecuencia, podemos emplearlos para estudiar épocas mucho más antiguas en la historia del cosmos”, explica Elisabeta.
Al disponer ahora de una muestra representativa de cuásares, los astrónomos han puesto este método en práctica, y los resultados son, cuando menos, curiosos.
Buceando en el archivo de XMM-Newton, recopilaron datos de rayos X de más de 7.000 cuásares y los combinaron con observaciones en el ultravioleta procedentes del proyecto Sloan Digital Sky Survey. También utilizaron un nuevo conjunto de datos obtenidos específicamente con XMM-Newton en 2017 para estudiar cuásares muy lejanos, observando cómo eran cuando el Universo apenas tenía 2.000 millones de años. Por último, complementaron los datos con un pequeño número de cuásares aún más distantes y otros relativamente cercanos, estudiados con los observatorios de rayos X Chandra y Swift de la NASA.
“Esta muestra tan amplia nos ha permitido profundizar en la relación entre las emisiones de rayos X y ultravioletas de los cuásares, con lo cual hemos podido perfeccionar enormemente nuestra técnica para estimar su distancia”, explica Guido.
