El objetivo principal de DESI, en términos de Cosmología, es estudiar la naturaleza de la Energía Oscura: ¿cómo evoluciona su densidad de energía en el tiempo? y ¿cómo es que afecta a la forma que la materia se aglomera? Para llevar a cabo está misión, DESI usará sus mapas para medir dos efectos cosmológicos: las oscilaciones acústicas bariónicas (BAO), y las distorsiones en el espacio de desplazamientos al rojo (RSD). Estos mapas nos proveerán además de muchas otras oportunidades de entender la cosmología y la física de galaxias, cuásares y el gas intergaláctico.
Las Oscilaciones Acústicas Bariónicas
DESI está optimizado para medir una señal, muy sutil, impresa en los mapas de la distribución de galaxias: las Oscilaciones Acústicas Bariónicas. Dicha señal es remanente de procesos físicos muy importantes que ocurrieron en el universo temprano. Para explicar este efecto, empecemos con la 
idea de que el universo está lleno de la radiación cósmica del fondo (RCF) de microondas, dicha radiación es a su vez un remanente, una huella, del momento en que la radiación y la materia se desacoplan. A día de hoy la temperatura asociada a dicha radiación es de sólo 2.7 grados Kelvin, sin embargo en el Universo temprano la temperatura era mucho más alta. Aproximadamente 400,000 años después de la Gran Explosión (Big Bang), el Universo era aproximadamente mil millones de veces más denso de lo que es ahora, la RCF tenía suficiente energía para causar que el Hidrógeno y el Helio estuvieran ionizados, es decir los electrones estaban separados de los núcleos formando un plasma. Los electrones eran fácilmente dispersados por los fotones de la RCF, a la vez que dichos fotones ejercían una intensa presión de radiación que prevenía la compresión del gas. Las perturbaciones de la densidad creadas en la primera fracción de segundo del Universo se propagan como ondas de sonido, de aquí la categoría de ondas acústicas, en dicho plasma.
Estas ondas de sonido se propagan a través del espacio por aproximadamente 400,000 años, hasta que el Universo se ha expandido, y enfriado, lo suficiente para que los electrones y los núcleos puedan combinarse formando átomos neutros. Llegados a este punto, las fuerzas gravitacionales debidas a las perturbaciones de la densidad empiezan a dominar, y a definir la estructura de gran escala del Universo que observamos al día de hoy. Sin embargo, el efecto de las ondas acústicas aún puede ser medido, ya que entorno a cada zona de alta densidad, hay una pequeña huella de la onda que en determinado momento se desacopló de esa sobredensidad. Esto crea una ligera tendencia a encontrar pares de galaxias separados por la distancia que dichas ondas de sonido viajaron, la cual al día de hoy corresponde a aproximadamente 500 millones de años luz, debido a la expansión del universo. Este tenue patrón reliquia se ha observado en varios conjuntos de datos de la distribución de galaxias, en particular en el Sondeo Espectroscópico de Oscilaciones Bariónicas (BOSS), del Sloan Digital Sky Survey (SDSS).
Esta sutil correlación en la distribución de galaxias es a día de hoy una de las observables principales en cuanto al estudio de la energía oscura. Cuando observamos una muestra de galaxias a alto desplazamiento al rojo, y se detecta una acumulación de ellas en una escala característica, se encuentra que esa escala corresponde a precisamente a ~ 500 millones de años luz. Con esta información, es que podemos inferir la distancia a dichas galaxias. Es como si la muestra en el espacio de desplazamientos al rojo nos hubiera dado un mapa en el cual la conversión de pulgadas a kilómetros no fuera obvia, pero al analizar cuidadosamente el espaciado entre ciudades, pudiéramos inferir correctamente dicho factor de escalamiento.
DESI usará las observaciones de BAO para medir la relación entre la distancia y el desplazamiento al rojo para un determinado rango de éstos, y lo hará con precisión sub-porcentual. Esto a su vez nos permitirá inferir la historia de expansión del Universo y con ello la evolución de la densidad de Energía Oscura.
Distorsiones en el espacio de desplazamientos al rojo (redshift-space distortions)
Cuando DESI mide el desplazamiento al rojo de las galaxias, esta medición en realidad tiene dos componentes: una principal debido a la expansión del Universo, y una pequeña contribución por el movimiento propio de la galaxia debido a la atracción gravitacional que la estructura a gran escala, a su alrededor, ejerce sobre ella. Ésta última se conoce como velocidad peculiar. Al medir la magnitud de la velocidad peculiar, podemos medir también la cantidad de masa presente en la estructura a gran escala. En caso de que ésta sea determinada por otros métodos, podemos entonces poner a prueba si la atracción gravitacional en escalas de cientos de millones de años luz actúa tal y como es predicho a partir de la teoría de la Relatividad General.
Examinar la aplicabilidad de la Relatividad General en estas escalas tan grandes es muy importante, pues puede revelar indicios de explicaciones alternativas a la expansión acelerada del Universo, conocidas como teorías de gravedad modificada. De hecho, actualmente se sabe que a escalas muy grandes del Universo la tasa de expansión del Universo evoluciona muy diferente a lo que se predice a partir de la atracción gravitacional de la materia conocida y de las leyes físicas que han sido probadas exitosamente en escalas del Sistema Solar. Es muy posible que estas diferencias revelan otras huellas en la estructura a gran escala.
La magnitud de las velocidades puede ser medida en los mapas de DESI al comparar las amplitudes características del aglomeramiento de galaxias en dirección que son perpendiculares y paralelas a la línea de visión. A esto se le conoce como distorsiones en el espacio de desplazamientos al rojo. Debido a que la estructura a gran escala que se mide es en sí la responsable de la presencia de velocidades peculiares, existe un cambio sistemático en la apariencia de dicha estructura. Análisis muy detallados de los mapas de DESI pueden revelar estas señales con muy alta precisión.
DESI y la Energía Oscura
El enigma de la energía oscura y la atracción cada vez mayor en cosmología continúan motivando el desarrollo de una amplia gama de experimentos. DESI es uno de los sondeos de galaxias más ambiciosos que está ya en desarrollo, y que una vez esté operativo, se convertirá rápidamente en el sondeo de desplazamientos al rojo de galaxias más grande del mundo.
Los exquisitos mapas tridimensionales que se generarán con DESI son muy valiosos por sí mismos, pero serán incluso mucho más efectivos al ser combinados con otros sondeos de imágenes, en particular en el óptico/infrarrojo, en microondas, y rayos X. Una de las características principales de la cosmología moderna es la capacidad de medir propiedades cosmológicas con muchas técnicas diferentes, ya que la comparación de resultados refuerza la confianza que tenemos en las respuestas que obtenemos, además de guiarnos en la dirección de nuevas oportunidades.
Esperamos con interés el papel destacado y colaborativo que DESI jugará en la siguiente década en el campo de estudio de la Cosmología, en particular en el estudio de la energía oscura.
Más allá de la Energía Oscura
Los mapas de DESI será usados para muchas más aplicaciones, además de las oscilaciones acústicas bariónicas y las distorsiones en el espacio de desplazamientos al rojo. Se espera que las mediciones de la amplitud de la estructura a gran escala en desplazamientos al rojo intermedios serán muy importantes para mediciones de la masa de los neutrinos.
Con las mediciones de DESI de la estructura a gran escala se podrá poner a prueba si las las perturbaciones iniciales del campo de densidad siguen un modelo simple, o por el contrario, las correlaciones muestran indicios de física nueva presente a las enormes escalas de energía correspondientes al primer segundo de evolución del Universo. Las mediciones detalladas de la distribución de galaxias pueden ser usadas para analizar una amplia gama de modelos alternativos, o extensiones, al modelo cosmológico estándar.
Más allá de la cosmología, DESI medirá de forma muy precisa la distancia a millones de galaxias y cuásares, cuyas propiedades y distribución podrá ser interpretada mejor. DESI producirá el mapa más detallado del Universo cercano, lo que será un eje principal para el estudio de grupos, y cúmulos, de galaxias, así como de fenómenos extremos en dichas galaxias. Por otro lado, con espectroscopía estelar se medirá el estado dinámico del halo de la Vía Láctea, y su disco delgado, con un gran detalle.
