Proyecto Fondecyt de Domenico Sapone explora la geometría del universo con datos del experimento Euclid

Comprender cómo es, en esencia, la estructura del universo, representa uno de los desafíos centrales de la cosmología moderna. En esa búsqueda se enmarca el proyecto Fondecyt Regular 2025 del profesor del Departamento de Física (DFI) de la FCFM de la Universidad de Chile, Dr. Domenico Sapone, que estudiará la geometría del cosmos a partir de los datos del experimento Euclid, misión de la Agencia Espacial Europea (ESA) diseñada para mapear miles de millones de galaxias con una precisión sin precedentes.

El proyecto, explica Sapone, se centra en dos grandes líneas de trabajo. La primera consiste en el desarrollo de un código de verosimilitud para analizar parámetros cosmológicos utilizando los datos del primer data release de Euclid, correspondiente al primer año de observaciones. Esta herramienta, permitirá estudiar la función de correlación de galaxias, elemento indispensable para caracterizar cómo se distribuyen en el espacio y, con ello, evaluar la hipótesis de que el universo es homogéneo e isótropo a gran escala -el principio cosmológico- realmente se sostiene frente a los datos.

“Euclid nos entrega posiciones muy precisas de galaxias gracias a observaciones espectroscópicas. Con esa información, es posible calcular con exactitud las distancias entre ellas y estudiar de manera directa los efectos geométricos que determinan la arquitectura del universo”, explica Domencio Sapone, quien es miembro titular del Consorcio Euclides e integra el equipo internacional Spectroscopic galaxy clustering de la misión.

La segunda línea de investigación, aborda una dimensión más compleja y aún inexplorada: el comportamiento no lineal de la materia oscura y la energía oscura en el crecimiento de las estructuras cósmicas. Este trabajo, en colaboración con el estudiante de postgrado Vicente Pedreros, busca parametrizar modelos de gravedad modificada o fluidos de energía oscura, para evaluar cómo estas componentes afectan la formación de falacias y cumulus cuando las fluctuaciones de materia alcanzan regímenes donde la gravedad deja de comportarse linealmente.

El objetivo es determinar si la energía oscura debe entenderse como una entidad física real que impulsa la expansión acelerada del universo, o si ciertos efectos observados pueden explicarse mediante fluctuaciones a la teoría gravitacional estándar. Esta distinción es crucial para conectar la teoría con las observaciones de alta precisión que hoy proporciona misiones como Euclid.

Ambos focos convergen en una pregunta mayor: ¿es correcta la imagen que tenemos del universo y su geometría? A través del análisis de datos reales y modelos teóricos avanzados, el proyecto buscará comprobar o desafiar el supuesto de homogeneidad e isotropía, y profundizar en el rol que la materia oscura y la energía oscura desempeñan en la expansión y organización del cosmos.

“Es un momento excepcional para la cosmología. La calidad de datos de Euclid y el desarrollo de nuevas herramientas nos permitirán poner a prueba ideas fundamentales sobre cómo entendemos el universo”, señala el investigador. El trabajo comprende una duración de cuatro años y contribuirá al liderazgo del Departamento de Física de la FCFM en el estudio de la cosmología observacional y teórica en el país.

 

Ficha proyecto Fondecyt regular 2025

• Título: Cartografiando la red cósmica: homogeneidad e isotropía en la estructura a gran escala con datos de Euclid
• Investigador responsable: Domenico Sapone, Departamento de Física (DFI). Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas (FCFM), Universidad de Chile
• Duración: 2025 - 2029 (4 años)
• Financiamiento: Fondecyt Regular - Agencia Nacional de Investigación y Desarrollo (ANID), Chile

 

Resumen del proyecto

La investigación busca caracterizar la geometría del universo y comprender la distribución de la materia a gran escala utilizando los primeros datos liberados por el experimento Euclid. El proyecto combina análisis observacional y modelación teórica para evaluar la validez del principio cosmológico -la hipótesis de que el universo es homogéneo e isótropo a gran escala- y para estudiar el comportamiento no lineal de la materia oscura y la energía oscura en la formación de estructuras cósmicas. Para ello se desarrolla un código de verosimilitud que permite extraer parámetros cosmológicos a partir de la función de correlación de galaxias obtenida por Euclid, junto con un trabajo complementario de modelación de nuevas físicas en el régimen no lineal.

Objetivos principales: 

Evaluar la homogeneidad e isotropía del universo, mediante el análisis detallado de la distribución de galaxias.

Investigar el comportamiento no lineal de la materia oscura y la energía oscura, incorporando modelos de gravedad modificada y fluidos de energía oscura en las simulaciones.

Comparar modelos teóricos con observaciones y simulaciones para determinar cómo estos componentes influyen en el crecimiento de estructuras y en la geometría del universo.

Metodología

Procesamiento de datos observacionales de Euclid, específicamente galaxias medidas espectroscópicamente para obtener posiciones tridimensionales precisas.

Cálculo de la función de correlación para estudiar la distribución espacial de galaxias y su relación con la geometría del universo.

Desarrollo de un código de verosimilitud para analizar los datos del experimento Euclid. Este código está diseñado para utilizar la función de correlación de los puntos, que permite estudiar la geometría del universo y cómo se distribuyen las galaxias.

Modelación teórica y simulaciones que incorporen energía oscura efectiva y posibles modificaciones a la gravedad, con especial foco en régimen no lineal de crecimiento de estructuras.

Comparación estadísticas entre modelos, simulaciones y observaciones para evaluar la validez del principio cosmológico y la naturaleza de la energía oscura.

¿Qué problema se busca responder?

El proyecto aborda dos preguntas centrales de la cosmología moderna: Entender la geometría real del universo, específicamente, si la distribución de galaxias es homogénea e isótropa a gran escala, o si esta hipótesis debe ser revisada. Cómo influyen la materia oscura y la energía oscura en la formación de estructuras y en la expansión del universo.

¿Cómo lo resuelve la investigación?

Combinando datos espectroscópicos de alta precisión del telescopio Euclid con el desarrollo de un código especializado para obtener parámetros cosmológicos robustos. A través del análisis de la función de correlación y la incorporación de modelos avanzados de energía oscura, gravedad modificada y dinámica no lineal, la investigación compara observaciones y predicciones teóricas para identificar los modelos que mejor describen la estructura del universo.
 

Potenciales resultados

Mejorar las pruebas del principio cosmológico, base conceptual de la cosmología estándar. Desarrollar herramientas computacionales que podrán ser utilizadas por la comunidad Euclid y otros equipos internacionales. Fortalecer la capacidad nacional en análisis de grandes bases de datos astronómicos y cosmológicos. Apoyar futuras misiones y sondeos mediante metodologías replicables en otros proyectos.