DESI ha realizado el mapa 3D más grande de nuestro universo hasta la fecha. La Tierra está en el centro de esta delgada porción del mapa completo. En la sección ampliada, es fácil ver la estructura subyacente de la materia en nuestro universo. Crédito: Claire Lamman/colaboración DESI; paquete de mapa de colores personalizado por cmastro
El Instrumento Espectroscópico de Energía Oscura (DESI), montado en un telescopio en Arizona, ha creado el mapa tridimensional más grande del cosmos, cartografiando más de 30 millones de galaxias y 3 millones de quásares. Esta monumental tarea, una colaboración de más de 900 investigadores, nos ayuda a comprender la expansión del universo y el papel de la energía oscura.
Ahora tenemos el mapa 3D más grande de nuestro cosmos jamás creado, gracias a un poderoso instrumento montado sobre un telescopio en Arizona con un conjunto robótico de 5.000 “ojos” de fibra óptica que miran hacia el cielo nocturno. Durante los últimos cinco años, el Instrumento Espectroscópico de Energía Oscura, conocido en los círculos científicos como DESI, ha medido los espectros de más de 30 millones de galaxias y 3 millones de quásares para determinar qué tan rápido se expandió el universo a lo largo de 11 mil millones de años.
El anuncio de DESI es el resultado de una continua colaboración internacional compuesto por más de 900 investigadores de más de 70 instituciones, incluidos astrónomos de UC Santa Cruz con roles de liderazgo en el proyecto.
Y, sin embargo, por muy grande que sea esta noticia, dicen que es solo el comienzo.
El Instrumento Espectroscópico de Energía Oscura (DESI) está montado en el Telescopio de 4 metros Nicholas U. Mayall de la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU. en el Observatorio Nacional Kitt Peak. Crédito: KPNO/NOIRLab/NSF/AURA/P. Marenfeld
Descubrimientos pioneros y visiones de futuro
“Si las tendencias insinuadas aquí en este conjunto de datos del primer año se confirman en nuestro análisis del tercer año, este será un descubrimiento importante”, dijo la cosmóloga Alexie Leauthaud, profesora asociada en el Departamento de Astronomía y Astrofísica de UC Santa Cruz. “Este será un momento tremendamente emocionante para ser parte de la colaboración DESI”.
A partir de julio, Leauthaud actuará como portavoz del esfuerzo, que implica deberes de organizador principal, por lo que está perfectamente posicionada para brindar actualizaciones. Otros profesores colaboradores en UC Santa Cruz incluyen a Connie Rockosi y J. Xavier Prochaska, también en Astronomía y Astrofísica.
Rockosi dirigió la puesta en servicio del instrumento en el telescopio Mayall de 4 metros en el Observatorio Nacional Kitt Peak, y su función actual es la de científica de instrumentos, ayudando a mantenerlo funcionando en óptimas condiciones. Además, los profesores dan crédito a “un equipo fenomenal” de estudiantes universitarios, estudiantes de posgrado y postdoctorados de UC Santa Cruz que han estado profundamente comprometidos con el proyecto, visitando el telescopio en Arizona con regularidad para ayudar con las observaciones.
Desentrañando los misterios de la energía oscura
Como se explica en un anuncio del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley, donde tiene su sede DESI: “Comprender cómo ha evolucionado nuestro universo está ligado a cómo termina y a uno de los mayores misterios de la física: la energía oscura, el ingrediente desconocido que hace que nuestro universo expandirse cada vez más rápido”.
Esta es la primera vez que los científicos miden la historia de expansión del universo joven con una precisión superior al 1%, lo que nos brinda nuestra mejor visión hasta ahora de cómo evolucionó el universo. Los investigadores compartieron el análisis de su primer año de datos recopilados en varios papeles que se publicará hoy en arXiv y en charlas en la reunión de la Sociedad Estadounidense de Física en los Estados Unidos y en los Rencontres de Moriond en Italia.
En este vídeo de 360 grados, realice un vuelo interactivo a través de millones de galaxias cartografiadas utilizando datos de coordenadas de DESI. Crédito: Fiske Planetarium, CU Boulder y colaboración DESI
Sven Heydenreich, investigador postdoctoral en UC Santa Cruz, desempeña múltiples tareas en DESI: forma parte de una comisión para científicos que inician su carrera, realiza mediciones de galaxia a galaxia con el instrumento y codirige un grupo de trabajo que pronostica diferentes escenarios. para una posible continuación de la misión DESI.
“El objetivo es medir cómo las galaxias DESI curvan y distorsionan la luz de galaxias más distantes ubicadas detrás de ellas, un efecto conocido como lentes gravitacionales”, dijo Heydenreich, que pasó una semana en Kitt Peak a finales de 2023. “Estas Las mediciones serán esenciales para analizar cómo las galaxias se ven influenciadas por la distribución de la materia oscura que las rodea. Además, los resultados ayudarán a mejorar nuestra comprensión de los parámetros que describen nuestro modelo actual de la composición y evolución del universo”.
Una máquina del tiempo de 11 toneladas
Los componentes de DESI están diseñados para apuntar automáticamente a conjuntos preseleccionados de galaxias, recoger su luz y luego dividir esa luz en estrechas bandas de color para mapear con precisión su distancia a la Tierra y medir cuánto se expandió el universo a medida que esta luz viajaba a la Tierra. En condiciones ideales, DESI puede recorrer un nuevo conjunto de 5.000 galaxias cada 20 minutos.
Al mapear repetidamente la distancia a los muchos millones de galaxias y quásares en un tercio del área del cielo durante los últimos cinco años, DESI nos está enseñando más sobre la energía oscura y la historia del universo. Nuestro conocimiento actual es que la gravedad ralentizó la tasa de expansión en el universo primitivo, pero desde entonces la energía oscura ha acelerado su expansión.
La precisión general de DESI sobre la historia de la expansión a lo largo de los 11 mil millones de años es del 0,5%, y la época más distante, que abarca hace entre 8 y 11 mil millones de años, tiene una precisión récord del 0,82%. Esa medición de nuestro joven universo es increíblemente difícil de hacer. Sin embargo, en un año, DESI se ha vuelto dos veces más poderoso para medir la historia de la expansión en estos primeros tiempos que su predecesor (el BOSS/eBOSS del Sloan Digital Sky Survey), que tomó más de una década.
Al observar el mapa de DESI, es fácil ver la estructura subyacente del universo: cadenas de galaxias agrupadas, separadas por vacíos con menos objetos. Nuestro universo primitivo, mucho más allá de la visión de DESI, era bastante diferente: una sopa densa y caliente de partículas subatómicas que se movían demasiado rápido para formar materia estable como los átomos que conocemos hoy. Entre esas partículas se encontraban los núcleos de hidrógeno y helio, llamados colectivamente bariones.
Pequeñas fluctuaciones en este plasma ionizado temprano causaron ondas de presión, moviendo los bariones en un patrón de ondas similar al que verías si arrojaras un puñado de grava a un estanque. A medida que el universo se expandió y enfrió, se formaron átomos neutros y las ondas de presión se detuvieron, congelando las ondas en tres dimensiones y aumentando la agrupación de futuras galaxias en las áreas densas. Miles de millones de años después, todavía podemos ver este tenue patrón de ondas o burbujas tridimensionales en la separación característica de las galaxias, una característica llamada Oscilaciones Acústicas Bariónicas (BAO).
Esta animación muestra cómo las oscilaciones acústicas bariónicas actúan como regla cósmica para medir la expansión del universo. Crédito: Claire Lamman/colaboración DESI y Jenny Nuss/Berkeley Lab
Los investigadores utilizan las mediciones de BAO como regla cósmica. Midiendo el tamaño aparente de estas burbujas, pueden determinar las distancias a la materia responsable de este patrón extremadamente tenue en el cielo. Mapear las burbujas de BAO tanto cerca como lejos permite a los investigadores dividir los datos en partes, medir qué tan rápido se expandió el universo en cada momento de su pasado y modelar cómo la energía oscura afecta esa expansión.
“Hemos medido la historia de la expansión en este enorme rango de tiempo cósmico con una precisión que supera todos los estudios BAO anteriores combinados”, dijo Hee-Jong Seo, profesor de la Universidad de Ohio y codirector del análisis BAO de DESI. “Estamos muy entusiasmados de saber cómo estas nuevas mediciones mejorarán y alterarán nuestra comprensión del cosmos. Los humanos sentimos una fascinación eterna por nuestro universo y queremos saber de qué está hecho y qué le sucederá”.
Para obtener más información sobre estos resultados, consulte Energía oscura revelada a través del mapa 3D más grande del universo jamás creado.
DESI cuenta con el apoyo de la Oficina de Ciencias del DOE y del Centro Nacional de Computación Científica de Investigación Energética, una instalación para usuarios de la Oficina de Ciencias del DOE. La Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU. proporciona apoyo adicional para DESI; el Consejo de Instalaciones Científicas y Tecnológicas del Reino Unido; la Fundación Gordon y Betty Moore; la Fundación Heising-Simons; la Comisión Francesa de Energías Alternativas y Energía Atómica (CEA); el Consejo Nacional de Humanidades, Ciencias y Tecnologías de México; el Ministerio de Ciencia e Innovación de España; y por las instituciones miembros de DESI.
Es un honor para la colaboración DESI poder realizar investigaciones científicas en Iolkam Du’ag (Kitt Peak), una montaña con especial importancia para la nación Tohono O’odham.
2024-04-14 00:13:27
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