La cosmología estudia las leyes del Universo, así como su contenido, usando a la distribución de materia y luz a través del espacio como un laboratorio gigante. En particular, se busca entender cuáles son los componentes del Universo, cómo éste inició, o cómo es que la estructura cósmica que observamos al día de hoy surgió a partir de las condiciones iniciales en el Universo temprano hace varios miles de millones de años.
La Cosmología moderna se ha construido a partir de numerosas observaciones, a las que también nos referimos como conjuntos de datos. Aquí nos enfocaremos en las tres más importantes: la Radiación Cósmica del Fondo del Microondas (RCF, o CMB por sus siglas en inglés), la distribución de galaxias a gran escala (sondeos de galaxias), y las mediciones de supernovas en un amplio intervalo de distancias. La RCF es la luz remanente del momento en el que el Universo se enfrió lo suficiente como para formar los primeros átomos, aproximadamente 380,000 años después de la Gran Explosión. La densidad del Universo en ese momento quedó impresa en la distribución de luz, la cual ha viajado prácticamente sin ser alterada hasta nosotros al día de hoy. Las pequeñas variaciones en la temperatura asociada a esta radiación constituyen las semillas que dan lugar a la formación de estructura cósmica, proveyéndonos de información importante del Universo en una etapa muy temprana, como la fotografía de un Universo bebé. Para estudiar el Universo adolescente, se buscan pequeñas correlaciones en los sondeos de galaxias. Dichas correlaciones guardan memoria de la distribución de materia inicial, lo que permite poner a prueba el comportamiento del Universo en épocas más tardías. Finalmente, los estudios de supernovas usan la explosión de un tipo particular de estrellas como “candelas estándares”, ya que tienen un patrón bien conocido de la energía emitida, para mapear el comportamiento del Universo al día de hoy.
Estas tres observaciones, o métodos, nos han mostrado que el Universo tiene una edad aproximada del 14 mil millones de años, que el contenido de materia está repartido en aproximadamente un 5% de materia ordinaria (como el Hidrógeno, Helio, y demás elementos de elementos de la tabla periódica), 27% de materia oscura, la cual se aglomera debido a su interacción gravitacional pero no interactúa con la luz como lo hace la materia ordinaria, y 68% de energía oscura, una componente misteriosa que actúa como una densidad de energía constante asociada al espacio vacío, y que tiene una presión negativa.
Es precisamente esta energía oscura lo que buscamos entender con el experimento DESI. Las sustancias más familiares en la naturaleza tienen presión positiva: si comprimes un balón, este se opone y te empuja de regreso. Si comprimieras energía oscura, ésta se contraería aún más; de forma opuesta, si tiras de ella, la energía oscura se expandirá aún más. La energía oscura es capaz de producir la expansión acelerada del espacio-tiempo mismo; dicha expansión fue descubierta inicialmente usando observaciones de supernovas, y ahora somos capaces de estudiarla con mayor detalle con los sondeos de galaxias. Desafortunadamente la energía oscura (al igual que la materia oscura) no está contemplada, o es predicha, por el modelo estándar de partículas, y sus propiedades fundamentales aún son desconocidas.
Los físicos teóricos han propuesto una gran cantidad de posibles causas para explicar la aceleración cósmica, pero todas contienen algún reto por resolver y ninguna está libre de objeciones. La explicación más convincente a día de hoy implica la existencia de una constante cosmológica, la cual fue propuesta Einstein. En este modelo, el espacio está intrínsecamente lleno de una energía de vacío, consecuencia de la descripción cuántica de la materia en su nivel más fundamental. Sin embargo, no sabemos porque el valor de esta constante ha de ser tan pequeño, pero distinto de cero, y tampoco podemos deducir dicho valor a partir primeros principios.
Otras ideas invocan la existencia de nuevas fuerzas en la naturaleza, o modificaciones a la teoría de la gravitación, o bien efectos no conocidos de la gravedad cuántica. ¡Realmente no sabemos la causa!, pero algunas de estas propuestas predicen pequeñas diferencias medibles en ciertos observables cosmológicas. Son precisamente éstos, los que DESI tratará de medir.
