Crean el mapa en 3D más grande del universo para entender la materia oscura

De todos los misterios que ofrece el universo, la velocidad a la que se acelera su expansión es el más intrigante para los astrofísicos, porque no hay suficiente materia para explicarlo. Con el objetivo de abordar esta intrigante cuestión, que llevó a postular la existencia de materia y energía oscura, el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (LBL) lanzó hace un año el Instrumento Espectroscópico de Energía Oscura (DESI). en inglés), con el que pretenden estudiar los efectos de la energía oscura en las galaxias y otros cuerpos celestes en los últimos 11.000 millones de años.

Con datos obtenidos en el primer año mediante una colaboración internacional de más de 900 científicos de 70 instituciones de todo el mundo, DESI ya ha creado el mapa 3D del cosmos más grande jamás construido, con las mediciones más precisas jamás obtenidas. Los datos se hicieron públicos este jueves en un grupo de artículos científicos disponibles en el repositorio arXiv y en diferentes congresos. Y es la primera vez, subrayan los investigadores, que los científicos miden la historia de expansión del joven universo con una precisión superior al 1%, proporcionando la mejor descripción existente de su evolución.

El instrumento está formado por un grupo de 5.000 pequeños robots instalados en un telescopio desde lo alto de una montaña de Arizona (EE.UU.) que han escaneado el cosmos con una precisión asombrosa. Al capturar la luz de objetos extremadamente distantes, el instrumento mapea el universo cuando era joven y caracteriza su crecimiento hasta lo que observamos hoy. Comprender cómo ha evolucionado está directamente relacionado con cómo terminará y con uno de los mayores misterios de la física: la energía oscura, el misterioso componente que hace que el universo se expanda cada vez más rápido.

Diferencias sutiles

“Por el momento parece que los primeros resultados de DESI están de acuerdo con las predicciones del modelo actual”, afirma Hui Kong, investigador postdoctoral en el Institut de Physique d’Altes Energies (IFAE) y autor principal de uno de los artículos presentados. hoy, en una nota del CSIC. «Hay algunos indicios que apuntan a pequeñas variaciones temporales en la densidad de la energía oscura, pero necesitaremos más datos para confirmarlo».


El modelo teórico de referencia para el universo se conoce como Lambda CDM. Incluye tanto un tipo de materia que interactúa muy poco (materia oscura fría o CDM) como energía oscura (Lambda). La materia oscura y la energía oscura condicionan la expansión del universo, pero de forma opuesta. Tanto la materia normal como la oscura ralentizan la expansión, mientras que la energía oscura la acelera. Por tanto, la cantidad de cada uno de ellos determina la evolución del universo. Este modelo teórico es una buena explicación de los resultados obtenidos por experimentos anteriores y de la evolución temporal del universo.

Sin embargo, cuando los datos del primer año de DESI se combinan con otros estudios, existen algunas diferencias sutiles con las predicciones de Lambda CDM. A medida que DESI vaya acumulando más información en los próximos años, estos primeros resultados serán más precisos, aclarando si los datos indican que es necesario cambiar el modelo teórico o existen otras explicaciones para las mediciones obtenidas.

Con datos de su primer año de funcionamiento, ya es el mapeo espectroscópico que más datos ha tomado de la historia

Eusebio Sanchez
Investigador del CIEMAT

Más datos también implican una mejora con respecto a otros resultados iniciales de DESI, que se refieren a la constante de Hubble (una medida de la velocidad a la que el universo se expande hoy) y la masa de partículas elementales llamadas neutrinos. La precisión general de DESI al medir la tasa de expansión a lo largo de 11 mil millones de años es del 0,5% y en la época más distante, que abarca de 8 a 11 mil millones de años, es del 0,82%. Esta medición del universo joven es muy difícil de realizar. Y en sólo un año, DESI ha demostrado ser dos veces más potente para medir la velocidad de expansión que su predecesor (BOSS/eBOSS del Sloan Digital Sky Survey), que tomó datos durante más de una década.

“DESI, incluso con los datos de su primer año de funcionamiento, es ya el mapeo espectroscópico que más datos ha tomado de la historia y sigue aumentando esta cantidad a un ritmo de un millón de galaxias cada mes”, afirma Eusebio Sánchez, investigador del CIEMAT . . “Este extraordinario conjunto de datos significa que podemos medir la historia de la expansión del universo con una precisión sin precedentes. «Confiamos en que DESI aumentará nuestro conocimiento del universo y tal vez nos permita hacer descubrimientos innovadores».

Cuásares en la oscuridad

Usar galaxias para medir la velocidad de expansión es una de las técnicas para comprender mejor la energía oscura, pero tiene un alcance limitado. Más allá de cierta distancia, la luz de las galaxias normales se vuelve demasiado débil y los científicos comienzan a estudiar cuásares, núcleos galácticos extremadamente brillantes que albergan agujeros negros en sus centros. la luz de cuásares Se absorbe a medida que atraviesa nubes de gas intergalácticas, lo que permite a los científicos mapear densos grupos de materia y utilizarlos de la misma manera que se utilizan las galaxias, una técnica conocida como “el bosque de Lyman-alfa”.


“Básicamente utilizamos el cuásares como fuentes de luz lejanas para ver la sombra de la materia que existe entre ellos y nosotros”, afirma Andreu Font-Ribera, investigador del IFAE de Barcelona, ​​que colidera el análisis del bosque de Lyman-alfa. “Esto nos permite observar a distancias inalcanzables con otros métodos, cuando el universo era muy joven. «Es una medida extremadamente difícil y es muy reconfortante ver que ha tenido éxito».

Los científicos han utilizado 450.000 quásares, el conjunto más grande jamás recolectado, para medir el bosque Lyman-alfa, extendiendo las mediciones a escala BAO 11 mil millones de años atrás. El objetivo de DESI es haber mapeado 3 millones cuásares y 37 millones de galaxias cuando finalice el proyecto.

Ciencia de vanguardia

DESI es el primer experimento espectroscópico que ha realizado un “análisis ciego” completo, que oculta el verdadero resultado a los científicos para evitar cualquier sesgo de confirmación subjetiva. El personal investigador trabaja con datos enmascarados y realiza todo el proceso de análisis sin conocer la información veraz. Una vez finalizado todo, se aplica el análisis a los datos originales para obtener la respuesta final.

“El hecho de que el análisis se haya desarrollado con la técnica del enmascaramiento de los datos nos da un grado extra de confianza en los resultados obtenidos”, comenta Héctor Gil Marín, investigador del Instituto de Ciencias del Cosmos de la Universidad de Barcelona (ICCUB). . Los análisis ciegos ya son una práctica estándar en campos como la física experimental de partículas o los estudios clínicos. Gil Marín y otros investigadores del ICCUB han desarrollado e implementado lo que resultó ser una forma muy sólida y difícil de descifrar de ocultar los resultados de la agrupación de galaxias en DESI hasta que se complete el análisis.

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