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Revelan detallada panorámica de 11 mil millones de años hacia el pasado del Universo

Utilizando los datos del primer año de estudio de un Instrumento diseñado para investigar la energía oscura, los astrónomos obtuvieron mediciones sin precedentes de este tipo de energía y sus efectos en el Universo en expansión.

Astrónomos de diversas partes del mundo están realizando un análisis inicial de los datos del primer año de estudio del Instrumento Espectroscópico de Energía Oscura, que lleva a cabo un sondeo de 5 años para crear el mapa en 3D más grande que se haya hecho sobre el Universo. Utilizando el espectro de las galaxias cercanas y de cuásares distantes, los astrónomos reportaron que lograron medir la historia de la expansión del Universo con la mayor precisión jamás alcanzada, proporcionando un panorama sin precedentes sobre la naturaleza de la energía oscura y su efecto en la estructura a gran escala del Universo.

Desde que comenzó el estudio del cielo en 2021, el Instrumento Espectroscópico de Energía Oscura (DESI por sus siglas en inglés) observa conjuntos de 5.000 galaxias cada 20 minutos de operación, totalizando más de 100 mil galaxias por noche en su búsqueda para crear el mayor mapa tridimensional del Universo jamás visto. Utilizando los datos del primer año del estudio, que contiene la mayor muestra espectroscópica extragaláctica jamás realizada, los astrónomos reportaron que fueron capaces de medir la historia de la expansión del Universo durante los últimos 11 mil millones de años con una precisión superior al 1%. Estas mediciones confirman los fundamentos de nuestro mejor modelo del Universo, al tiempo que se descubren algunas áreas tentadoras para explorar con más datos.

El instrumento DESI es una colaboración científica internacional de más de 900 investigadores de más de 70 instituciones alrededor del mundo. DESI es administrado por el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (LBNL) del Departamento de Energía de los Estados Unidos, con financiamiento principal de la Oficina de Ciencias del Departamento. El instrumento se encuentra instalado en el Telescopio de 4 metros Nicholas U. Mayall de la Fundación Nacional de Ciencias en el Observatorio Nacional Kitt Peak, un Programa de NOIRLab de NSF.

Para cartografiar el cosmos, DESI captura la luz de millones de galaxias en más de un tercio de todo el cielo. Al separar la luz de cada galaxia en su respectivo espectro de colores, DESI puede determinar cuál es el corrimiento al rojo de esa luz, o si se ha estirado a una longitud de onda más larga a causa de la expansión del Universo durante los miles de millones de años que viajó antes de llegar a la Tierra. En general, a mayor desplazamiento al rojo, más alejada está la galaxia.

Equipado con 5.000 diminutos "ojos" robóticos, DESI es capaz de realizar estas mediciones en una escala sin precedentes. Sólo en su primer año, DESI sobrepasó todos los estudios anteriores de su tipo en términos de cantidad y calidad. Con increíble precisión y profundidad, DESI aporta nuevos conocimientos a uno de los más grandes misterios en la física: la energía oscura —el desconocido ingrediente que provoca la expansión acelerada del Universo [1].

El Director de NOIRLab, Pat McCarthy, expresó que “el instrumento DESI ha transformado el Telescopio Mayall en la primera máquina de cartografía cósmica del mundo, y su equipo ha establecido un nuevo estándar para el estudio de las estructuras a gran escala del Universo. Estos datos del primer año son sólo el comienzo de la búsqueda de DESI para desentrañar la historia de la expansión del Universo y adelantan la extraordinaria ciencia que está por venir".

El primer año de datos de DESI permitió a los astrónomos medir la tasa de expansión del Universo hasta los 11 mil millones de años en el pasado, cuando el Universo tenía apenas un cuarto de su edad actual, utilizando una característica de la estructura a gran escala del Universo llamada Oscilaciones Acústicas de Bariones (BAO por sus siglas en inglés).

Los BAO son las huellas de las ondas de presión que impregnaron el Universo primitivo cuando no era nada más que una sopa caliente y densa de partículas subatómicas. A medida que el Universo se expandía y se enfriaba, las ondas se estancaron congelando las ondulaciones en su lugar y sembrando futuras galaxias en las zonas densas. Este patrón, similar a las ondas sobre la superficie de agua en un estanque luego de arrojar un puñado de piedras, puede verse en el detallado mapa de DESI, que muestra filamentos galácticos agrupados, y separados por vacíos en los que hay menos objetos.

A una cierta distancia, el patrón BAO se torna demasiado débil para detectarlo utilizando las galaxias típicas. En su lugar, los astrónomos observan la “sombra” de estos patrones, iluminada por brillantes núcleos galácticos extremadamente distantes, conocidos como cuásares. A medida que la luz de estos cuásares viaja a través del cosmos, es absorbida por nubes de gas intergaláctico, permitiendo a los astrónomos cartografiar las bolsas de materia densa. Para implementar esta técnica, los astrónomos utilizaron 450.000 cuásares, el mayor conjunto de este tipo de objetos utilizados para este tipo de estudio.

Gracias a la capacidad única de DESI para cartografiar millones de objetos cercanos y lejanos, el patrón BAO se puede utilizar como una regla cósmica. Al cartografiar galaxias cercanas y cuásares lejanos, los astrónomos pueden medir la extensión de las ondas a lo largo de varios períodos de la historia cósmica, para ver cómo la energía oscura ha estirado la escala a lo largo del tiempo.

“Estamos increíblemente orgullosos de los datos que han producido cosmológicos líderes en el mundo”, expresó Michael Levi, Director de DESI y científico de LBNL. “Hasta el momento estamos viendo un acuerdo básico con nuestro mejor modelo del Universo, pero estamos viendo ciertas diferencias potencialmente interesantes que podrían indicar que la energía oscura está evolucionando con el tiempo”, agregó.

Si bien la historia de la expansión del Universo podría ser más compleja de lo que previamente se imaginó, la confirmación de esto deberá esperar a la conclusión del proyecto DESI. Al final de sus cinco años de estudio, DESI planea cartografiar más de 3 millones de cuásares y 37 millones de galaxias. A medida que se publiquen más datos, los astrónomos podrán mejorar aún más sus resultados.

Al respecto, el Director de programa para NOIRLab de NSF, Chris Davis, precisó que “este proyecto está abordando algunas de las preguntas más importantes en astronomía, como la naturaleza de la energía oscura que impulsa la expansión del Universo. Los resultados excepcionales y continuos obtenidos por el telescopio Mayall de la NSF con DOE/DESI, sin duda impulsarán la investigación cosmológica durante muchos años”.

Asimismo, el director asociado para la Física de Alta Energía en el Departamento de Energía de los Estados Unidos, Gina Rameika añadió que “estamos encantados de ver resultados cosmológicos del primer año de operaciones de DESI, que continúa sorprendiéndonos con su rendimiento estelar y cómo da forma a nuestra comprensión de la energía oscura en el Universo".

Los datos del estudio DESI trabajarán en forma armónica con los estudios futuros que impulsará el Observatorio Vera C. Rubin y el Telescopio Espacial Nancy Grace Roman, con cada una de las fortalezas de sus instrumentos complementando a los otros. La colaboración DESI está actualmente investigando las mejoras potenciales a la instrumentación y planificando expandir su exploración cosmológica a una segunda fase: DESI-II, como fue recomendado recientemente por un reporte del Panel de Priorización de Proyectos de Física de Partículas de los Estados Unidos.

Aunque los datos del primer año de DESI aún no están disponibles para el público, los investigadores pueden acceder a los primeros datos publicados en forma de bases de datos catalogados y espectros mediante el Astro Data Lab y el SPARCL en el Centro de Datos para la Comunidad Científica, un Programa de NOIRLab de NSF.

Notas

[1] Como organización, NOIRLab ha dedicado décadas de investigación a las mediciones de la materia oscura y energía oscura, con diversos telescopios operados por NOIRLab, incluyendo el telescopio de 4 metros Nicholas U. Mayall, los que han contribuido a realizar descubrimientos pioneros en estas áreas, uno de los cuales recibió el Premio Nobel de Física en 2011.

NOIRLab

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