Explosiones estelares revelan nuevas pistas sobre la expansión del universo

 Las supernovas son estrellas al borde de la explosión que liberan cantidades de energía comparables a las producidas por el Sol durante miles de millones de años. Su impacto es tan colosal que han llamado la atención de los científicos, quienes buscan entender uno de los mayores misterios del cosmos: ¿qué está acelerando la expansión del universo? Un estudio reciente adelantado en la Universidad Nacional de Colombia (UNAL) recurrió a estas explosiones estelares para poner a prueba modelos teóricos que arrojarían nuevas pistas sobre este fenómeno.

Para entender la importancia de estas explosiones hay que recordar que el universo no solo se expande, sino que además lo hace cada vez más rápido. Las galaxias se alejan entre sí como si una fuerza invisible las empujara. Este fenómeno, conocido como expansión acelerada del universo, fue descubierto hace poco más de dos décadas. A la energía que estaría impulsando este comportamiento se le conoce como energía oscura, un componente que representa cerca del 70 % del universo, pero cuya naturaleza aún es un misterio.

Una de las grandes preguntas abiertas es si se trata de una constante fija que ha estado presente desde siempre, o de una forma de energía que cambia con el tiempo. Para explorar esa posibilidad, Alexander Moreno Sánchez, magíster en Física de la UNAL, analizó la energía oscura como algo dinámico, capaz de evolucionar junto con el universo y sus estrellas, en vez de asumirla como una propiedad estática.

A este enfoque se le conoce como quintaesencia, una idea que plantea que la energía oscura no es algo fijo, sino un campo que varía con el tiempo. Dentro de esta categoría están los modelos tracker, teorías que se adaptan automáticamente al ritmo de evolución del universo, sin importar sus condiciones iniciales. Esa flexibilidad los convierte en herramientas especialmente útiles para analizar el comportamiento de la expansión cósmica.

Modelos dinámicos y datos cósmicos en código abierto

Lo más interesante es que el magíster puso a prueba los postulados teóricos de manera novedosa y con datos reales del universo, específicamente con información de más de 200 supernovas que están a millones de años luz de la Tierra. Cuando estas estrellas explotan liberan una cantidad de energía tan precisa que permite calcular con alta exactitud a qué distancia se encuentran las galaxias.

Además utilizó datos de los “cronómetros cósmicos” (objetos o fenómenos como las estrellas que se usan para medir el tiempo universal), los cuales permiten reconstruir cómo ha cambiado la velocidad de expansión del universo en diferentes momentos de su historia.

Ambos conjuntos de datos, conocidos como Union2.1 (para supernovas) y Hz2016 (para cronómetros), han sido recopilados por grupos internacionales y están disponibles en plataformas públicas y gratuitas. Según el investigador, estos archivos funcionan como un “historial cósmico  confiable” que permite poner a prueba las teorías con base en lo que realmente vemos en el universo.

Para procesar toda la información, el magíster utilizó herramientas estadísticas avanzadas como el método Monte Carlo por cadenas de Markov (MCMC), que facilita ajustar modelos teóricos a datos reales con un alto nivel de precisión, y programando en Python realizó el análisis y las simulaciones, con código desarrollado por él mismo.

Uno de los tres modelos probados logró predecir coherentemente una aceleración en la expansión del universo, un comportamiento compatible con la proporción esperada de energía oscura, y una edad razonable del cosmos, mientras que los otros dos presentaron errores al compararlos con los datos, ya que uno predijo una edad muy baja del universo, y el otro no logró ajustarse adecuadamente a la curva de expansión observada.

Expandiendo el conocimiento cósmico

El experto Moreno explica que el valor de esta investigación no radica solo en haber encontrado un modelo prometedor, sino en la metodología rigurosa y replicable que aplicó combinando teoría matemática, simulaciones numéricas y análisis estadístico con datos astronómicos reales, todo con herramientas libres y de acceso abierto.

“Los campos escalares analizados en la investigación son herramientas teóricas propuestas para entender cómo se moviliza la energía en el universo. En este trabajo hicimos predicciones sobre cómo las explosiones de supernovas están relacionadas con esa expansión, un campo en el que aún hay más preguntas que respuestas”, afirma el investigador.

Aunque parezca muy lejano, estos estudios también tienen impacto en la vida cotidiana. Las herramientas estadísticas empleadas por el magíster se aplican hoy en campos como el diagnóstico médico, la predicción del clima, la inteligencia artificial y las finanzas. Además, comprender mejor cómo se expande el universo permite afinar mediciones cruciales como el tiempo y las distancias y trayectorias de los satélites, lo cual mejora tecnologías como el GPS y las comunicaciones satelitales globales.

En un campo dominado por laboratorios internacionales, telescopios espaciales y presupuestos millonarios, el trabajo del físico colombiano demuestra que también desde Bogotá, con preguntas bien formuladas, código preciso y datos abiertos, se puede aportar teóricamente a resolver uno de los misterios más grandes del universo: cómo y por qué se expande el universo.