Mapa de materia oscura elaborado a partir de mediciones de lentes gravitacionales de 26 millones de galaxias en el Dark Energy Survey. El mapa cubre aproximadamente 1/30 de todo el cielo y se extiende por varios miles de millones de años luz. Las regiones rojas tienen más materia oscura que el promedio, regiones azules menos materia oscura. Crédito:Chihway Chang del Instituto Kavli de Física Cosmológica de la Universidad de Chicago y la colaboración DES.
Imagina plantar una sola semilla y, con gran precisión, poder predecir la altura exacta del árbol que crece a partir de él. Ahora imagina viajar al futuro y hacer una prueba fotográfica de que tenías razón.
Si piensas en la semilla como el universo primitivo, y el árbol como el universo como se ve ahora, tiene una idea de lo que acaba de hacer la colaboración de Dark Energy Survey (DES). En una presentación hoy en la reunión de la División de Partículas y Campos de la Sociedad Estadounidense de Física en el Laboratorio Nacional Acelerador Fermi del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE), Los científicos del DES revelarán la medición más precisa jamás realizada de la actual estructura a gran escala del universo.
Estas mediciones de la cantidad y la "aglomeración" (o distribución) de la materia oscura en el cosmos actual se realizaron con una precisión que, por primera vez, rivaliza con las inferencias del universo temprano del observatorio orbital Planck de la Agencia Espacial Europea. El nuevo resultado DES (el árbol, en la metáfora anterior) está cerca de los "pronósticos" hechos a partir de las mediciones de Planck del pasado lejano (la semilla), permitiendo a los científicos comprender más sobre las formas en que el universo ha evolucionado durante 14 mil millones de años.
"Este resultado es más que emocionante, "dijo Scott Dodelson de Fermilab, uno de los científicos principales en este resultado. "Por primera vez, podemos ver la estructura actual del universo con la misma claridad que podemos ver su infancia, y podemos seguir los hilos de uno a otro, confirmando muchas predicciones en el camino ".
Más destacado, Este resultado apoya la teoría de que el 26 por ciento del universo está en forma de misteriosa materia oscura y que el espacio está lleno de una energía oscura que tampoco se ve. que está provocando la expansión acelerada del universo y constituye el 70 por ciento.
Imagen compuesta de estrellas sobre el Observatorio Interamericano Cerro Tololo en Chile. Crédito:Reidar Hahn / Fermilab
Paradójicamente, Es más fácil medir la aglomeración a gran escala del universo en el pasado distante que medirlo hoy. En los primeros 400, 000 años después del Big Bang, el universo estaba lleno de un gas brillante, la luz de la que sobrevive hasta el día de hoy. El mapa de Planck de esta radiación cósmica de fondo de microondas nos da una instantánea del universo en ese momento tan temprano. Desde entonces, la gravedad de la materia oscura ha unido la masa y ha hecho que el universo se aglomere con el tiempo. Pero la energía oscura ha estado contraatacando apartando la materia. Usando el mapa de Planck como punto de partida, Los cosmólogos pueden calcular con precisión cómo se desarrolla esta batalla durante 14 mil millones de años.
"Las medidas DES, en comparación con el mapa de Planck, apoyar la versión más simple de la teoría de la materia oscura / energía oscura, "dijo Joe Zuntz, de la Universidad de Edimburgo, que trabajó en el análisis. "El momento en que nos dimos cuenta de que nuestra medición coincidía con el resultado de Planck en un 7 por ciento fue emocionante para toda la colaboración".
El instrumento principal de DES es la cámara Dark Energy de 570 megapíxeles, uno de los más poderosos que existen, capaz de capturar imágenes digitales de luz de galaxias a ocho mil millones de años luz de la Tierra. La cámara fue construida y probada en Fermilab, el laboratorio líder de la Dark Energy Survey, y está montado en el telescopio Blanco de 4 metros de la National Science Foundation, parte del Observatorio Interamericano Cerro Tololo en Chile, una división del Observatorio Nacional de Astronomía Óptica. Los datos de DES se procesan en el Centro Nacional de Aplicaciones de Supercomputación de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign.
Los científicos de DES están utilizando la cámara para mapear una octava parte del cielo con un detalle sin precedentes durante cinco años. El quinto año de observación comenzará en agosto. Los nuevos resultados publicados hoy se basan en datos recopilados solo durante el primer año de la encuesta, que cubre 1/30 del cielo.
"Es sorprendente que el equipo haya logrado tal precisión desde el primer año de su encuesta, ", dijo el director del programa de la National Science Foundation, Nigel Sharp." Ahora que sus técnicas de análisis están desarrolladas y probadas, Esperamos con impaciencia los resultados revolucionarios a medida que avanza la encuesta ".
Esta imagen de la galaxia NGC 1398 fue tomada con la Dark Energy Camera. Esta galaxia vive en el cúmulo de Fornax, aproximadamente a 65 millones de años luz de la Tierra. Es 135, 000 años luz de diámetro, un poco más grande que nuestra propia galaxia, la Vía Láctea, y contiene más de mil millones de estrellas. Crédito:Encuesta de energía oscura
Los científicos del DES utilizaron dos métodos para medir la materia oscura. Primero, crearon mapas de posiciones de galaxias como trazadores, y segundo, midieron con precisión las formas de 26 millones de galaxias para mapear directamente los patrones de materia oscura a lo largo de miles de millones de años luz, utilizando una técnica llamada lente gravitacional.
Para realizar estas mediciones ultraprecisas, el equipo de DES desarrolló nuevas formas de detectar las diminutas distorsiones de lente de las imágenes de galaxias, un efecto ni siquiera visible a simple vista, permitiendo avances revolucionarios en la comprensión de estas señales cósmicas. En el proceso, crearon la guía más grande para detectar la materia oscura en el cosmos jamás dibujada (ver imagen). El nuevo mapa de materia oscura tiene 10 veces el tamaño del DES lanzado en 2015 y eventualmente será tres veces más grande de lo que es ahora.
"Es un enorme esfuerzo de equipo y la culminación de años de trabajo enfocado, "dijo Erin Sheldon, un físico del Laboratorio Nacional Brookhaven del DOE, quien co-desarrolló el nuevo método para detectar distorsiones de lentes.
Estos resultados y otros del primer año de Dark Energy Survey se publicarán hoy en línea y se anunciarán durante una charla de Daniel Gruen, Becario Einstein de la NASA en el Instituto Kavli de Astrofísica y Cosmología de Partículas en el Laboratorio Nacional Acelerador SLAC del DOE, a las 5 pm. Tiempo central. La charla es parte de la reunión de la División de Partículas y Campos de APS en Fermilab y se transmitirá en vivo.
Los resultados también serán presentados por la becaria de Kavli Elisabeth Krause del Instituto Kavli de Astrofísica y Cosmología de Partículas en SLAC en la Conferencia de Astrofísica de Partículas TeV en Columbus, Ohio, el 9 de agosto; y por Michael Troxel, becario postdoctoral en el Centro de Cosmología y Física de Astropartículas de la Universidad Estatal de Ohio, en el Simposio Internacional sobre Interacciones de Fotones Leptones en High Energies en Guanzhou, Porcelana, el 10 de agosto. Los tres oradores son coordinadores de los grupos de trabajo de ciencia del DES e hicieron contribuciones clave al análisis.
"The Dark Energy Survey ya ha proporcionado algunos descubrimientos y mediciones notables, y apenas han arañado la superficie de sus datos, ", dijo el director de Fermilab, Nigel Lockyer." Los resultados líderes mundiales de hoy apuntan a los grandes avances que DES hará para comprender la energía oscura en los próximos años ".
