Mapeo del cosmos: los científicos de la Universidad Estatal de Ohio están colaborando en un esfuerzo internacional para producir un mapa 3D del universo con un detalle sin precedentes, lo que permitirá a los físicos y astrónomos una comprensión más clara de la energía oscura y brindará más información sobre el pasado y el futuro del universo.
Aunque solo le falta alrededor del 10% de su misión de cinco años, el Instrumento Espectroscópico de Energía Oscura (DESI, por sus siglas en inglés) ha coronado los primeros siete meses de su recorrido de exploración superando todos los récords anteriores de exploraciones tridimensionales de galaxias, creando el mapa más grande de el universo nunca.
Observatorio Nacional Kitt Peak, cerca de Tucson, Arizona. Crédito de la imagen: Marilyn Sargent/Berkeley Lab
El desempeño técnico y los logros cósmicos de la encuesta también están ayudando a los científicos a revelar los secretos de las fuentes de luz más poderosas del universo. Los científicos de DESI presentarán el rendimiento del instrumento y los primeros resultados de astrofísica en un seminario web organizado por Berkeley Lab, CosmoPalooza , que también incluirá actualizaciones de otros experimentos de cosmología líderes.
Klaus Honscheid , científico co-instrumentador de DESI, miembro del equipo de liderazgo de DESI y profesor de física en el estado de Ohio , presentará el primer artículo de la sesión.
“El objetivo de DESI es comprender uno de los mayores misterios de la ciencia actual: ¿Por qué se acelera la expansión del universo?” dijo Paul Martini , ex científico de instrumentos DESI y profesor de astronomía en el estado de Ohio . “No podemos explicar la aceleración cósmica por las leyes conocidas de la física, por lo que la respuesta a esta pregunta será increíblemente emocionante, sin importar cuál sea”.
DESI es una colaboración científica internacional administrada por el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley del Departamento de Energía con financiamiento principal para la construcción y las operaciones de la Oficina de Ciencias del DOE . Ubicado en el Observatorio Nacional Kitt Peak en Arizona, el conjunto de 5000 robots de fibra óptica de DESI apuntan a 35 millones de galaxias en todo el universo para recopilar y analizar su luz para mapear con precisión la distancia de las galaxias a la Tierra.
Los astrónomos del estado de Ohio desempeñaron un papel importante en el desarrollo de DESI y continúan contribuyendo significativamente a lo largo de su operación. Durante su creación, Martini gestionó las pruebas y la integración de los diversos equipos utilizados para construir DESI, mientras que Honscheid diseñó el software que mantiene el instrumento en funcionamiento.
Además, investigadores y estudiantes graduados del Centro de Cosmología y Física de Astropartículas del Estado de Ohio crearon software, analizaron datos, trabajaron en el sistema de posicionamiento de fibra óptica y ayudaron a diseñar componentes del espectrógrafo.
Honscheid y su equipo se aseguran de que el instrumento funcione sin problemas y de forma automática, idealmente sin ninguna entrada durante la observación nocturna.
“Es un trabajo constante lo que hace que este instrumento funcione”, dijo Honscheid. “Los comentarios que recibo de los observadores nocturnos son que los turnos son aburridos, lo que tomo como un cumplido”.
Esa productividad monótona requiere un control detallado de cada uno de los 5000 robots de DESI, asegurando que sus posiciones tengan una precisión de 10 micrones.
“ Diez micras es diminuto”, dijo Honscheid. “ Es menos que el grosor de un cabello humano. Y tienes que posicionar cada robot para recoger la luz de las galaxias a miles de millones de años luz de distancia. Cada vez que pienso en este sistema, me pregunto: ‘¿Cómo podríamos lograrlo?’ El éxito de DESI como instrumento es algo de lo que estar muy orgulloso”.
Ese nivel de precisión es necesario para cumplir con la tarea principal de la encuesta: recopilar imágenes detalladas del espectro de colores de millones de galaxias en más de un tercio de todo el cielo. Al descomponer la luz de cada galaxia en su espectro de colores, DESI puede determinar cuánto se ha corrido hacia el rojo la luz, estirada hacia el extremo rojo del espectro por la expansión del cosmos durante los miles de millones de años que viajó antes de llegar a la Tierra. .
Cuanto más desplazado hacia el rojo está el espectro de una galaxia, en general, más lejos está. Con un mapa 3D del cosmos en la mano, los físicos pueden trazar cúmulos y supercúmulos de galaxias. Esas estructuras llevan ecos de su formación inicial, cuando eran solo ondas en el cosmos infantil. Al extraer esos ecos, los físicos pueden usar los datos de DESI para determinar la historia de expansión del universo.
“ Hay mucha belleza en ello”, dice el científico de Berkeley Lab Julien Guy, científico co-proyecto de DESI que también se desempeña como miembro del equipo de liderazgo de DESI.
“ En la distribución de las galaxias en el mapa 3D, hay enormes cúmulos, filamentos y vacíos. Son las estructuras más grandes del universo. Pero dentro de ellos, encuentras una huella del universo muy primitivo y la historia de su expansión desde entonces”.
Comprender la historia de la expansión del cosmos es crucial para aprender más sobre cómo la energía oscura influirá en el destino del universo. Hoy, alrededor del 70% del contenido del universo es energía oscura, una misteriosa forma de energía que acelera la expansión del universo.
A medida que el universo se expande, aparece más energía oscura, lo que acelera más la expansión. Esta aceleración, creen los investigadores, es fundamental para impactar el futuro del universo. Encontrar las respuestas significa aprender más sobre el comportamiento pasado de la energía oscura, y eso es exactamente para lo que DESI está diseñado.
Comprender el destino del universo tendrá que esperar hasta que DESI haya completado más de su encuesta. Mientras tanto, DESI ya está impulsando avances en la comprensión del pasado distante, hace más de 10 mil millones de años, cuando las galaxias aún eran jóvenes.
Los científicos de DESI están utilizando sus datos para comprender el comportamiento de los agujeros negros de masa intermedia en galaxias pequeñas. Se cree que enormes agujeros negros habitan los núcleos de casi todas las galaxias grandes, como nuestra propia Vía Láctea. Pero aún se desconoce si las galaxias pequeñas siempre contienen sus propios agujeros negros (más pequeños) en sus núcleos.
Cuando el gas, el polvo y otros materiales que caen en el agujero negro se calientan, se forma un núcleo galáctico activo (AGN). En las galaxias grandes, los AGN se encuentran entre los objetos más brillantes del universo conocido. Pero en galaxias más pequeñas, los AGN pueden ser mucho más débiles.
Los espectros tomados por DESI pueden ayudar a resolver este problema, y su alcance a través del cielo proporcionará más información que nunca sobre los núcleos de las galaxias pequeñas. Esos núcleos, a su vez, darán a los científicos pistas sobre cómo se formaron los AGN brillantes en el universo muy primitivo.
Los cuásares, una variedad particularmente brillante de galaxias, se encuentran entre los objetos más brillantes y distantes que se conocen, y los datos de DESI pueden arrojar luz sobre su evolución. Los científicos teorizan que los cuásares comienzan rodeados por una envoltura de polvo, que enrojece la luz que emiten. A medida que envejecen, eliminan este polvo y se vuelven más azules. DESI puede probar esta teoría encontrando más cuásares que cualquier encuesta anterior, con un estimado de 2,4 millones de cuásares esperados en los datos de la encuesta final.
DESI ya ha catalogado más de 7,5 millones de galaxias y está agregando más a un ritmo de más de un millón por mes. Solo en noviembre de 2021, DESI catalogó los desplazamientos al rojo de 2,5 millones de galaxias. Para el final de su funcionamiento en 2026, se espera que tenga más de 35 millones de galaxias en su catálogo, lo que permitirá una enorme variedad de investigación en cosmología y astrofísica.
Fuente: Universidad Estatal de Ohio
