La comunidad astronómica internacional ha dado un paso de gigante con la culminación del cartografiado principal del Instrumento Espectroscópico de la Energía Oscura (DESI), que ha logrado completar el mayor mapa tridimensional del universo jamás construido. El sondeo, previsto para cinco años, ha finalizado antes de lo programado y con una cantidad de información muy superior a la esperada.
Gracias a este esfuerzo coordinado, los investigadores disponen ahora de un mapa 3D de altísima resolución que abarca miles de millones de años de historia cósmica y que servirá para estudiar en detalle la energía oscura, la materia oscura y la evolución de las galaxias. Buena parte de este trabajo tiene una participación muy relevante de instituciones europeas, y en particular de centros españoles como el Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) y el Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC).
Un hito: el mayor mapa 3D de alta resolución del cosmos
En una de las últimas noches de observación del sondeo principal, los 5.000 “ojos” de fibra óptica de DESI se orientaron hacia una región del cielo próxima a la Osa Menor. Cada unos veinte minutos, el sistema se fijaba en diminutos puntos de luz extremadamente lejanos, capturando fotones que habían recorrido miles de millones de años hasta llegar al telescopio instalado en Kitt Peak, Arizona.
Al amanecer, la colaboración internacional celebró un momento histórico: se había completado con éxito la totalidad del área prevista para el mapa original de DESI. Ese objetivo, concebido como un programa de cinco años, se ha alcanzado antes de lo previsto y con muchos más datos de los planeados, dando lugar al mapa tridimensional del universo más grande y detallado del que se dispone actualmente.
Este cartografiado permite comparar cómo se distribuían las galaxias en el pasado con su distribución actual, algo esencial para reconstruir la influencia de la energía oscura a lo largo de unos 11.000 millones de años de historia cósmica. Los resultados iniciales de los tres primeros años ya apuntaban a que la energía oscura, tradicionalmente tratada como una “constante cosmológica”, podría variar con el tiempo.
Con el conjunto completo de observaciones de cinco años, los cosmólogos disponen ahora de una base de datos mucho más robusta para comprobar si esos indicios se mantienen o se desvanecen. Si se confirmara que la energía oscura evoluciona, sería necesario revisar buena parte de las teorías actuales y replantear el escenario sobre el destino último del universo, que depende del equilibrio entre materia y energía oscura.
Una colaboración global con fuerte peso europeo y español
El programa científico de DESI es el resultado de un esfuerzo global que integra a más de 900 investigadores, de los cuales alrededor de 300 son estudiantes de doctorado, repartidos en más de 70 instituciones de todo el mundo. El proyecto está gestionado por el Lawrence Berkeley National Laboratory (Laboratorio Berkeley), del Departamento de Energía de Estados Unidos (DOE), y cuenta con financiación de la Oficina de Ciencia del DOE, la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU. (NSF) y numerosas agencias y fundaciones internacionales.
Europa y, en particular, España, desempeñan un papel destacado dentro de la colaboración. En el Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), dos equipos se centran en explotar los datos cosmológicos y estelares. Un grupo, con investigadores como Francisco Kitaura, Ginevra Favole, Aurelio Carnero y Francesco Sinigaglia, se dedica a descifrar la información codificada en la distribución de galaxias medida por DESI mediante simulaciones numéricas avanzadas.
Otro equipo del IAC, liderado por astrónomos como David Aguado, Guillaume Thomas y Carlos Allende Prieto, trabaja junto a estudiantes de doctorado como Andrea Ruiz del Pozo, Daniel García Jiménez y Ruizhi Zhang en la búsqueda de las primeras estrellas que se formaron en la Vía Láctea. Para ello analizan la masiva colección de espectros estelares obtenida por DESI, una base de datos sin precedentes para estudiar la historia temprana de nuestra galaxia.
También desde España, el Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC) ha tenido una contribución clave al desarrollo tecnológico del instrumento. Investigadores del IAA han participado en el diseño y construcción de los posicionadores robóticos de fibra óptica que se sitúan en la placa focal del telescopio. Tras más de una década de trabajo, estos componentes se han convertido en el corazón mecánico del sistema, permitiendo colocar con precisión miles de fibras sobre galaxias y cuásares concretos.
El IAA-CSIC, además, lidera la generación de cartografiados virtuales de galaxias basados en simulaciones cosmológicas. Estas simulaciones son fundamentales para cuantificar de forma rigurosa las incertidumbres de las medidas de DESI y extraer el máximo rendimiento científico del proyecto, un aspecto clave para la cosmología de precisión.
Cómo funciona la “máquina de observar” DESI
DESI se instaló en el telescopio de 4 metros Nicholas U. Mayall, en el Observatorio Nacional de Kitt Peak (Arizona), y comenzó formalmente a recopilar datos científicos en mayo de 2021. Desde entonces, el instrumento ha superado con creces sus objetivos iniciales: el plan de la colaboración era captar la luz de unos 34 millones de galaxias y cuásares, pero finalmente se han observado más de 47 millones de estos objetos, además de aproximadamente 20 millones de estrellas.
A pesar de su enorme complejidad, el instrumento se ha mostrado especialmente robusto. Según miembros del equipo, integrar todos sus subsistemas y comprobar que funcionaban de forma fiable durante años ha sido un reto mayúsculo. DESI utiliza un software específico diseñado para optimizar las observaciones y decidir en cada momento hacia qué región del cielo apuntar, teniendo en cuenta condiciones de observación y prioridades científicas.
En la placa focal del telescopio se encuentran miles de posicionadores robóticos, cada uno asociado a una fibra óptica. Estos posicionadores ajustan la ubicación de las fibras con una precisión del orden de 10 micras, menos que el grosor de un cabello humano. De esta forma, cada fibra se alinea con una galaxia, un cuásar o una estrella concretos, recogiendo su luz con gran eficiencia.
Esa luz se transporta a través de las fibras hasta un conjunto de diez espectrógrafos prácticamente idénticos. Allí se descompone en sus diferentes longitudes de onda, lo que permite determinar la distancia, la velocidad de recesión y la composición química de cada objeto observado. Con millones de medidas de este tipo, los astrónomos pueden reconstruir en tres dimensiones la estructura a gran escala del universo.
El resultado de todo este proceso es que DESI ha logrado reunir datos cosmológicos para un número de galaxias y cuásares que es aproximadamente seis veces superior al total obtenido por todos los proyectos anteriores combinados. La colaboración ha empezado ya el procesamiento completo del conjunto de datos, con el objetivo de publicar los primeros resultados sobre energía oscura basados en los cinco años de observaciones alrededor de 2027.
Retos superados: pandemia, incendios y recuperación
El éxito de DESI adquiere aún más peso si se tienen en cuenta los obstáculos encontrados en el camino. En 2020, la pandemia de COVID-19 obligó a interrumpir las pruebas finales del instrumento, retrasando la puesta en marcha del proyecto y complicando el trabajo coordinado entre los equipos internacionales.
En 2022, el llamado incendio Contreras afectó gravemente la zona del Observatorio Nacional de Kitt Peak. El avance de las llamas puso en riesgo las instalaciones, aunque finalmente, gracias al esfuerzo de los bomberos y del personal del observatorio, el telescopio Mayall y el propio sistema DESI no sufrieron daños directos.
Tras el incendio, las labores de recuperación en la montaña se vieron ralentizadas por las lluvias monzónicas y los posteriores corrimientos de lodo, lo que obligó a una planificación muy cuidadosa para restablecer las operaciones con seguridad. Pese a todo ello, la colaboración consiguió mantener el proyecto en marcha y cumplir e incluso mejorar el calendario científico inicialmente previsto.
Este grado de resiliencia y capacidad de adaptación del equipo ha sido decisivo para que, a pesar de las dificultades logísticas y meteorológicas, DESI haya podido completar su sondeo principal antes de tiempo y con un volumen de datos superior al esperado cuando se concibió el instrumento.
El mapa se amplía: objetivos científicos hasta 2028
Aunque el mapa inicial que dio origen al programa científico de cinco años ya está cerrado, la labor de DESI no termina aquí. El instrumento seguirá observando el cielo hasta 2028 con el propósito de ampliar su cartografiado aproximadamente en un 20 %, pasando de 14.000 a unos 17.000 grados cuadrados del firmamento observable.
Para poner estas cifras en contexto, el cielo completo cubre algo más de 41.000 grados cuadrados, mientras que la Luna llena apenas ocupa en torno a 0,2 grados cuadrados. Con esta extensión adicional, DESI abarcará regiones del cielo especialmente difíciles de estudiar, como áreas cercanas al plano de la Vía Láctea, donde la gran densidad de estrellas brillantes dificulta ver objetos más lejanos, o zonas más meridionales, donde la observación se realiza a través de una mayor porción de atmósfera.
Además de ampliar el área cubierta, el equipo planea volver a observar regiones ya cartografiadas para obtener datos de nuevos tipos de galaxias, en particular las llamadas galaxias rojas luminosas. Se trata de objetos muy brillantes pero más lejanos y tenues desde nuestra perspectiva, que permiten sondear volúmenes de universo todavía más profundos y rellenar huecos en el mapa tridimensional.
La repetición de estas zonas permitirá crear un mapa aún más denso y detallado, mejorando la precisión de las medidas de energía oscura y afinando los modelos cosmológicos. Este enfoque de “segunda pasada” sobre áreas ya estudiadas es especialmente valioso para reducir errores sistemáticos y confirmar posibles señales sutiles detectadas en los primeros análisis.
Junto a la parte puramente cosmológica, DESI también explotará su capacidad para estudiar galaxias enanas cercanas y corrientes estelares, es decir, estructuras de estrellas que han sido arrancadas de pequeñas galaxias por la gravedad de la Vía Láctea. Estos rastros gravitatorios ofrecen pistas muy útiles sobre la distribución de materia oscura en nuestro entorno galáctico.
Energía oscura, materia oscura y el destino del universo
El objetivo principal del proyecto es arrojar luz sobre la naturaleza de la energía oscura, que representa alrededor del 70 % del contenido energético del universo y es responsable de su expansión acelerada. Mediante la comparación de la estructura a gran escala en distintas épocas cósmicas, DESI pretende comprobar si este componente se comporta como una constante en el tiempo o si, por el contrario, muestra señales de evolución.
Los resultados preliminares basados en los tres primeros años de datos insinuaban que la energía oscura podría desviarse ligeramente del modelo estándar, en el que se asume que no cambia con el tiempo. Con el nuevo mapa completo se podrá verificar si estas pistas se consolidan o quedan descartadas. La respuesta condicionará de manera directa los escenarios sobre la expansión futura del cosmos.
Si la energía oscura se mantiene constante o se debilita, el universo podría expandirse cada vez más lentamente o tender hacia algún tipo de equilibrio a muy largo plazo. Si, por el contrario, la energía oscura se refuerza con el tiempo, la expansión acelerada continuaría aumentando y, en ciertos modelos, podría llegar a fragmentar incluso las estructuras ligadas gravitatoriamente en un futuro extremadamente lejano.
Además de la energía oscura, DESI ofrece un caudal enorme de información sobre la materia oscura, la forma de materia invisible que constituye la mayor parte de la masa del universo y que solo se manifiesta a través de su influencia gravitatoria. El estudio de galaxias enanas, corrientes estelares y vacíos cósmicos ayudará a reconstruir cómo se distribuye esta materia no luminosa.
En este contexto, algunas líneas de investigación se centran en los vacíos cósmicos, grandes regiones del espacio con densidad de galaxias muy inferior a la media. Analizar su forma, tamaño y evolución con los datos de DESI proporciona una vía complementaria y muy sensible para testar modelos de energía oscura y teorías alternativas de la gravedad a escalas cosmológicas.
La aportación científica desde España y Europa
La participación europea en DESI se articula a través de múltiples centros de investigación y agencias financiadoras, pero en el caso de España, el impacto se deja notar especialmente en la combinación de desarrollo tecnológico, simulaciones numéricas y explotación científica. Tanto el IAC como el IAA-CSIC se han situado en la primera línea dentro de sus respectivas áreas.
Desde el IAA-CSIC se ha trabajado durante años en el diseño y fabricación de los posicionadores robóticos de fibra óptica y la placa focal, un conjunto de dispositivos esenciales que permiten que cada una de las 5.000 fibras de DESI se coloque exactamente donde se necesita sobre el plano del cielo. Este avance tecnológico ha sido clave para alcanzar la enorme eficiencia del instrumento.
Paralelamente, el IAC ha impulsado estudios centrados en la interpretación cosmológica de la distribución de galaxias observada por DESI mediante simulaciones numéricas, así como el análisis detallado de los espectros estelares para entender la historia de formación de la Vía Láctea. Esta doble vertiente, cosmológica y galáctica, sitúa a la comunidad española en una posición muy favorable de cara a los resultados científicos que se irán publicando.
La financiación española procede en buena medida del Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades, que participa en el consorcio junto a organismos homólogos de otros países. Entre los apoyos internacionales figuran, además, el Science and Technology Facilities Council del Reino Unido, la Comisión de Energía Atómica y Energías Alternativas de Francia (CEA), la Secretaría de Ciencia, Humanidades, Tecnología e Innovación de México, así como diversas fundaciones privadas.
Todo ello sitúa a DESI como un ejemplo claro de cómo la colaboración internacional, combinada con la especialización regional, permite abordar preguntas científicas que serían inabarcables para un solo país o institución. Para Europa y España, este tipo de proyectos refuerza su papel en la vanguardia de la cosmología de precisión.
Tras completar el mayor mapa tridimensional del universo y superar desafíos técnicos y logísticos de primer nivel, DESI entra ahora en una fase en la que el análisis detallado de los datos será tan importante como las observaciones en sí; con millones de galaxias, cuásares y estrellas ya registrados, y con una participación destacada de equipos europeos y españoles, las próximas publicaciones prometen redefinir nuestra visión sobre la energía oscura, la materia oscura y el destino a largo plazo del cosmos, consolidando este proyecto como uno de los pilares de la cosmología moderna.
