Investigadores avanzan en el diseño del mapa 3D más grande de nuestro Universo
Por: Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley.
04 de abril de 2024
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 de la imagen: Claire Lamman/colaboración 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 se expanda cada vez más rápido. Con 5.000 pequeños robots en un telescopio en la cima de una montaña, los investigadores pueden mirar 11 mil millones de años en el pasado. La luz de objetos lejanos en el espacio acaba de llegar al Instrumento Espectroscópico de Energía Oscura (DESI), lo que nos permite mapear nuestro cosmos tal como era en su juventud y rastrear su crecimiento hasta lo que vemos hoy.
Para estudiar los efectos de la energía oscura durante los últimos 11 mil millones de años, DESI ha creado el mapa 3D más grande de nuestro cosmos jamás construido, con las mediciones más precisas hasta la fecha. 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.
Nuestro modelo líder del Universo se conoce como Lambda CDM. Incluye tanto un tipo de materia que interactúa débilmente (materia oscura fría o CDM) como energía oscura (Lambda). Tanto la materia como la energía oscura dan forma a la expansión del Universo, pero de maneras opuestas. La materia y la materia oscura frenan la expansión, mientras que la energía oscura la acelera. La cantidad de cada uno influye en cómo evoluciona nuestro Universo. Este modelo hace un buen trabajo al describir los resultados de experimentos anteriores y cómo se ve el Universo a lo largo del tiempo.
Sin embargo, cuando los resultados del primer año de DESI se combinan con datos de otros estudios, existen algunas diferencias sutiles con lo que predeciría Lambda CDM. A medida que DESI recopile más información durante su encuesta de cinco años, estos primeros resultados se volverán más precisos, arrojando luz sobre si los datos apuntan a explicaciones diferentes para los resultados que observamos o la necesidad de actualizar nuestro modelo.
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 realizar. 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 (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 a lo 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).
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.
Fuente:
https://phys.org/news/2024-04-dark-energy-spectroscopic-instrument-largest.html