As raíces de Antón Baleato Lizancos afúndense na cidade da Coruña, malia que leva anos estudando, vivindo e traballando ao outro lado do charco. Agora é investigador na Universidade de Berkeley, en California, nun centro adicado á física cosmolóxica. A iso consagra o seu tempo de traballo: a desentrañar os misterios do universo.
De feito, un dos seus últimos proxectos, e do que coordina unha parte, son as análises derivadas dos datos recollidos polo Instrumento Espectroscópico para a Enerxía Escura (DESI, polas súas siglas en inglés), situado en Arizona. Nos seus tres primeiros anos de vida, o aparello xa logrou facer tremer o modelo estándar da cosmoloxía. Nos resultados feitos públicos este mércores, suxeriuse que a enerxía escura non é unha constante como se cría ata agora, senón que é probable que se estea debilitando e, por tanto, evolucionado.
Antón Baleato, ao outro lado da pantalla, recíbenos con oito horas de diferenza. E debulla, na súa conversación clara e divulgativa, a súa participación nun experimento revolucionario que, talvez, supoña un cambio de paradigma. O tempo dirá.
—O principal obxectivo de DESI é medir o efecto da enerxía escura sobre a expansión do universo. Canto sabemos realmente sobre ela? Canto queda por descubrir?
—Moi pouco. O único que sabemos da enerxía escura é o efecto que ten sobre o universo. Aínda non está moi claro se é unha substancia ou unha modificación da gravidade que está a causar que o cosmos se expanda de xeito acelerado.
A enerxía escura domina a expansión do universo dende tempos recentes. Máis ou menos dende a metade da súa historia ata a actualidade. O que nos di o modelo estándar é que a enerxía escura é unha constante cosmolóxica; unha substancia cuxa densidade é constante. É dicir, non se dilúe segundo o universo se vai expandindo. É como se se crease a partir do baleiro. A diferenza doutros compoñentes, como a materia ou a radiación, non se desvanece.
A visión da materia escura como constante cosmolóxica encaixa co que Einsten dixo no seu día. Un termo que se adecúa ás súas ecuacións. El desbotouno no seu momento porque pensou que non era necesario, pero no ano 1998 viuse que, a partir das observacións de supernovas, o universo se estaba expandindo de xeito acelerado. E que esa expansión se podería explicar a partir desa constante cosmolóxica que defendía Einstein.
O que hoxe estamos a ver cos resultados de DESI é que esa enerxía escura xa non encaixa na constante cosmolóxica, senón que vai evolucionando co tempo.
O único que sabemos da enerxía escura é o efecto que ten sobre o universo
—É dicir, os resultados de DESI poñen en xaque o que se cría ata agora. É un punto de inflexión?
—Dalgunha maneira, si. A enerxía escura descubriuse en 1998 pero non é ata agora, 27 anos despois, cando vemos evidencia de que a súa densidade pode estar evolucionando co tempo e, por tanto, non é constante. Porén, as probas deste cambio, só cos datos de DESI, son moi febles. Cando os combinas con outros experimentos, como os que miden as anisotropías do Fondo Cósmico de Micoondas ou a distancia a Supernovas, pódese chegar a ese punto, a eses niveis de confianza. A comunidade está a recibir estes datos con moitísimo interese.
—Aínda que os resultados de DESI son, polo momento, febles, cales son as implicacións deste achado?
—DESI logra amosar tensións internas dentro do modelo estándar da cosmoloxía. O mesmo que está construído arredor da constante cosmolóxica e que defende que a materia escura está fría. Este modelo denomínase Lambda-CDM. Cos resultados de DESI aparecen novas tensións porque todo parece indicar que a enerxía escura evoluciona co tempo. Estes datos, xunto cos do Fondo Cósmico de Microondas e de Supernovas, favorecen un modelo cosmolóxico alternativo no que a enerxía escura non ten unha densidade constante no tempo, senón que evoluciona.
—Pese a que os resultados non son tan robustos como lle gustaría, todo apunta a un cambio de paradigma.
—Iso parece. De feito, outro punto interesante é que os resultados de DESI, interpretados no modelo estándar de Lambda-CDM, son case incompatibles con que os neutrinos teñan unha masa positiva como suxiren os experimentros terrestres.
—En resumidas contas, neste modelo alternativo que propoñen todo encaixa mellor.
—Cando comparas modelos sempre tes que penalizar o que ten máis parámetros. Neste caso, ao permitir que a enerxía escura evolucione daslle máis liberdade ao modelo para encaixar os datos. A nosa comparación fíxose dun xeito moi rigoroso estatisticamente falando, e así e todo suxire que o modelo alternativo encaixa mellor cos datos.
—DESI mostra os resultados dos seus tres primeiros anos de datos, pero espérase que estea cinco en funcionamento. É dicir, hai marxe para novos descubrimentos.
—Si. De feito, o que se publica agora é a primeira das tres análises cosmolóxicas complementarias que van saír dos tres primeiros anos de vida de DESI. O primeiro é unha medición que extrae información xeométrica sobre o universo en expansión. Toma como referencia unha distancia estándar que sabemos que separa pares de galaxias co que despois vemos no ceo. A través da trigonometría imos reconstruíndo como se foi expandindo o espazo co paso do tempo, seleccionando galaxias de distintas épocas, lonxitudes ou distancias.
Na velocidade destas galaxias tamén hai información sobre a enerxía escura e sobre o modelo da gravidade. A súa velocidade vén influenciada porque as galaxias caen, colapsan, cara a zonas máis densas, e todos estes procesos dependen moito da enerxía escura e da gravidade. Hai outra análise paralela á que se vai publicar agora que estuda a comparación dos obxectos xeométricos coas medicións das velocidades. O termo máis técnico é redshift-space distortions. É dicir, o que DESI mide realmente é a posición angular no ceo das galaxias e máis o seu redshift, que é a diferenza entre o espectro local dunha galaxia e onde cae o espectro electromagnético cando nós medimos.
Todo suxire que o modelo alternativo encaixa mellor cos datos
A diferenza entre un e outro débese a que o universo se expandiu durante o tempo que esa luz estivo viaxando cara a nós e, en menor medida, tamén á velocidade propia da galaxia. A través dese redshift podemos inferir a que distancia está a galaxia pero tamén, de maneira estatística, a velocidade á que esta está a caer cara ao centro do cúmulo que habita. Nos próximos oito ou dez meses publicaremos os resultados desta análise.
Na terceira vanse combinar os datos dos tres primeiros anos con edicións da lentificación gravitacional producida polas galaxias. Por unha banda imos ter información sobre a gravidade ou a enerxía escura e de como se acumulan nas galaxias, ou de como a luz se ve desviada pola súa masa. Isto tamén vai ser moi potente.
—Que parte coordina vostede?
—Estou a coordinar a análise conxunta de datos da acumulación de galaxias de DESI xunto coa lentificación gravitacional. A luz do fondo cósmico de microondas é a luz máis antiga que podemos observar nunca no universo; é a luz que nos chega do universo primixenio. Eses fotóns veñen viaxando cara a nós dende hai 13.800 millóns de anos e a súa traxectoria vénse desviando polo pulo gravitacional de toda a materia que vai atopando polo camiño, incluídas as galaxias de DESI. Ao cotexar o efecto gravitacional no fondo cósmico de microondas coa posición das galaxias de DESI podemos aprender moito sobre a distribución de materia escura arredor desas galaxias. E comparalo tamén coa velocidade das galaxias e así investigar a enerxía escura e máis o modelo cosmolóxico en xeral.
—A fin de contas, o obxectivo fundamental do instrumento é crear o maior mapa tridimensional do universo, o máis preciso creado nunca.
—Si, e cos datos dos tres primeiros anos xa temos o mapa máis grande creado nunca sobre a distribución de galaxias.
—Como se complementan estes resultados cos achados polo telescopio James Webb, o máis potente xamais creado? El tamén observa o universo primixenio.
—Son moi complementarios. DESI cobre áreas enormes do ceo. Cada exposición ocupa 62 lúas cheas. O que fai é mirar distintas posicións de xeito consecutivo, e así logra cubrir entre un 30% e un 40% do ceo. Non obstante, non procura tanto enfocarse en áreas moi pequenas e chegar moi, moi lonxe, como si pretende o James Webb. É moi difícil facer unha comparación directa entre as galaxias que observa o telescopio e as de DESI. En resumo, o James Webb vai poder dicir moito sobre a formación das primeiras galaxias, pero non tanto sobre a enerxía escura, porque é algo que aconteceu en tempos recentes. Iso é máis de DESI, que é un observatorio con moita área.
—Que resultados cabe esperar dos dous nos nos que DESI aínda estará en funcionamento?
—De aquí a un ano publicaremos as dúas análises restantes e, despois, as do quinto ano. Os cambios nos data release son moi importantes porque dun ano a outro pode cambiar moito o escenario; o que estamos buscando é a evidencia. En cosmoloxía todo o que se avance é, realmente, un conxunto de moitos experimentos e observatorios diferentes. Por exemplo, está Euclid, que fai espectroscopía e fotometría, e mide moitas máis galaxias que DESI pero cun redshift menos preciso. Tamén analiza a lentificación gravitacional a partir das distorsións das imaxes desas galaxias. O próximo ano comezará a funciona o telescopio Rubin, que tamén vai poder medir miles de millóns de galaxias… Hai moitos experimentos. Estamos na idade dourada da cosmoloxía e de aquí a uns anos imos descubrir moito sobre o universo.
—Agárdannos, entón, decubrimentos aínda máis revolucionarios?
—Espero que si [risas]. Todos os resultados son complementarios tanto nos seus aspectos científicos como técnicos. Euclid e Rubin probablemente usen datos de DESI para calibrar as súas distribucións de galaxias, a que distancia están, que é unha das principais fontes de incerteza das súas medicións. Como dicía, eles non teñen uns redshifts tan precisos. Por outra banda, a fotometría de Rubin e Euclid pode axudar a seleccionar obxectivos para a seguinte xeración de telescopios de espectrometría, como DESI. O que farán será axudar a seleccionar que galaxias deberá enfocar o sucesor de DESI.
—Chegados ata aquí, como funciona DESI?
—DESI fai espectrometría. A fotometría encaixa un pouco mellor coa nosa interpretación máis intuitiva de como funciona un telescopio: tes uns espellos, unha cámara, uns filtros e sacas unha foto do ceo. Iso é o que fai Rubin e parte de Euclid.
Xa temos o mapa máis grande creado nunca sobre a distribución de galaxias
—Iso lembra aos espellos amarelos do James Webb.
—Si, pero o James Webb tamén ten varios sistemas e filtros que poden funcionar con espectroscopía. A clave aquí é que un experimento como Rubin pode sacar varias fotos baixo cinco filtros distintos. Pode, por tanto, facer exposicións moi longas e detectar galaxias moi febles, de moi pouca magnitude. Pola contra, DESI vai seleccionar a priori unha serie de galaxias en imaxes doutro telescopio, como Rubin, cun redshift aproximado, para despois medir ese redshift con moitísima precisión.
No seu plano focal hai 5.000 robots que dirixen unha fibra óptica do diámetro dun cabelo humano. En cada exposición, en cada área que mira DESI, hai un programa que lle di aos robots que se despracen ata caer sobre as galaxias de interese. Nun prazo de 20 segundos posiciónanse enriba de 5.000 galaxias. Empezan a exposición, redirixen a luz que vén de cada galaxia a través desa fibra óptica e van a outra estancia do telescopio na que están uns espectrógrafos que dividen ou rompen esa luz nos seus compoñentes e obteñen un espectro moi preciso.
Alí onde Rubin tiña cinco, sete ou 10 filtros, DESI tería unha resolución equivalente de 3.000 elementos. Esas medicións do redshift son imbatibles. O inconveniente é que só o podes facer con 5.000 galaxias cada vez e aos cinco anos de observacións DESI vai ter 50 millóns de galaxias, mentres que Rubin vai ter miles de millóns. Pero son instrumentos moi complementarios porque buscan cousas distintas.
—A vida de DESI é prorrogable? Cal é o futuro do instrumento?
—Son cinco anos de experimento pero xa hai plans para estendelo. Fálase de DESI 2. É habitual traballar nun experimento mentres se planifica o que vai vir 20 anos despois. En Berkeley, onde eu estou, hai moito movemento. É o epicentro de DESI e da seguinte xeración.
