Se han seleccionado diez áreas en el cielo como “campos profundos” que la Cámara de Energía Oscura fotografió varias veces durante el estudio, lo que permite vislumbrar galaxias distantes y ayuda a determinar su distribución tridimensional en el espacio. La imagen está repleta de galaxias; de hecho, casi todos los objetos de esta foto son galaxias. Algunas excepciones incluyen docenas de asteroides, así como un puñado de estrellas en primer plano en nuestra propia Vía Láctea. Fuente: Dark Energy Survey / DOE / FNAL / DECam / CTIO / NOIRLab / NSF / AURA Agradecimientos: TA Rector (Universidad de Alaska Anchorage / NOIRLab de NSF), M. Zamani (NOIRLab de NSF) y D. de Martin (NOIRLab de NSF)
En 29 nuevos artículos científicos, el Dark Energy Survey examina los mapas más grandes de distribución y forma de galaxias hasta la fecha, que abarcan más de 7 mil millones de años luz en todo el universo. El análisis extremadamente detallado, que incluye datos de los primeros tres años del estudio, contribuye a la prueba más poderosa del mejor modelo del universo actual, el modelo cosmológico estándar. Sin embargo, quedan pistas de datos DES anteriores y otros experimentos que tienen relevancia en el universo actual, que es varios por ciento menos compacto de lo previsto.
Los nuevos resultados del Dark Energy Survey (DES) utilizan la muestra de galaxias más grande jamás vista en casi una octava parte del cielo para obtener las medidas más precisas de la composición y el crecimiento del Universo hasta la fecha.
DES captura el cielo nocturno con una cámara de energía oscura de 570 megapíxeles en el telescopio de 4 metros de la Fundación Nacional de Ciencias Víctor M. Blanco en el Observatorio Interamericano Cerro Tololo (CTIO) en Chile, bajo el programa NOIRLab NSF. Una de las cámaras digitales más potentes del mundo, la Dark Energy Camera está especialmente diseñada para DES. Fue financiado por el Departamento de Energía (DOE) y fue construido y probado en Fermilab DOE.
En el transcurso de seis años, de 2013 a 2019, DES utilizó el 30% del tiempo en el telescopio Blanco y midió 5,000 grados cuadrados, casi un octavo de todo el cielo, en 758 noches de observación, catalogando cientos de millones de objetos. Los resultados anunciados hoy se basan en datos de los primeros tres años (226 millones de galaxias observadas durante 345 noches) para crear los mapas más grandes y precisos de la ubicación de las galaxias en el universo en épocas relativamente recientes hasta la fecha. Los datos de DES se procesaron en el Centro Nacional de Aplicaciones de Supercomputación de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign.
“NOIRLab es un anfitrión orgulloso y miembro de la colaboración DES”, dijo Steve Heathcote, subdirector de CTIO. “Durante y después del estudio, la Dark Energy Camera fue una opción popular para la comunidad y los astrónomos chilenos”.
Hoy en día, la cámara de energía oscura se utiliza en programas que cubren una amplia gama de ciencias, incluida la cosmología. El archivo científico de Dark Energy Camera, incluido el DES Data Release 2 en el que se basan estos resultados, está supervisado por el Community Science and Data Center (CSDC), el programa NOIRLab NSF. CSDC proporciona sistemas de software, servicios de usuario e iniciativas de desarrollo para vincular y apoyar las misiones científicas de los telescopios NOIRLab, incluido el telescopio Blanco en CTIO.
Dado que DES ha estudiado galaxias cercanas, así como a miles de millones de años luz de distancia, sus mapas brindan instantáneas de la estructura actual a gran escala del universo y una descripción general de cómo esa estructura ha evolucionado durante los últimos 7 mil millones de años.
La materia ordinaria solo constituye alrededor del 5% del universo. Aproximadamente el 70% es energía oscura, una hipótesis de los cosmólogos que está impulsando la expansión acelerada del universo al contrarrestar la fuerza de la gravedad. El último 25% es materia oscura, cuya fuerza gravitacional une a las galaxias. Tanto la materia oscura como la energía oscura permanecen invisibles. DES intenta iluminar su naturaleza examinando cómo la competencia entre ellos da forma a la estructura a gran escala del universo en el espacio-tiempo.
Cámara Dark Energy Survey (DECam) en sala limpia SiDet. La Cámara de Energía Oscura fue diseñada específicamente para la Encuesta de Energía Oscura. Fue financiado por el Departamento de Energía (DOE) y fue construido y probado en Fermilab DOE. Crédito: DOE / FNAL / DECam / R. Hahn / CTIO / NOIRLab / NSF / AURA
DES se basó en gran medida en dos fenómenos para cuantificar la degradación de la materia oscura y el efecto de la energía oscura. Primero, a gran escala, las galaxias no se distribuyen al azar en el espacio, sino que forman una estructura enrejada que es el resultado de la gravedad de la materia oscura. DES midió cómo ha evolucionado esta red cósmica a lo largo de la historia del universo. El cúmulo de galaxias que forma la red cósmica, a su vez, reveló regiones con una mayor densidad de materia oscura.
En segundo lugar, DES detectó la firma de la materia oscura a través de lentes gravitacionales débiles. A medida que la luz de una galaxia distante viaja a través del espacio, la gravedad de la materia ordinaria y oscura en el primer plano puede curvar su trayectoria, como a través de una lente, provocando una vista distorsionada de la galaxia vista desde la Tierra. Al examinar cómo las formas aparentes de las galaxias distantes se alinean entre sí y con las posiciones de las galaxias cercanas a lo largo de la línea de visión, los científicos del DES pudieron inferir un grupo de materia oscura en el universo.
Para probar el modelo actual del universo de los cosmólogos, los científicos del DES compararon sus resultados con las mediciones del Observatorio Planck orbital de la Agencia Espacial Europea. Planck usó la luz conocida como fondo cósmico de microondas para observar el universo temprano solo 400.000 años después del Big Bang. Los datos de Planck brindan una imagen precisa del universo hace 13 mil millones de años, y el modelo cosmológico estándar predice cómo debería evolucionar la materia oscura hasta la fecha.
Cuando se combina con resultados anteriores, DES proporciona la prueba más poderosa del mejor modelo actual del universo, y los resultados están en línea con las predicciones del modelo cosmológico estándar. Sin embargo, a partir de DES y varios estudios de galaxias anteriores, quedan indicios de que el universo de hoy está un poco menos aglomerado de lo previsto.
Se seleccionaron diez regiones del cielo como los “campos profundos” que la Cámara de Energía Oscura fotografió repetidamente durante el estudio. Reunir estas imágenes permitió a los científicos detectar galaxias más distantes. Luego, el equipo utilizó información de corrimiento al rojo de campo profundo para calibrar el resto del área de estudio. Este y otros avances en medición y modelado, combinados con un triple aumento de los datos durante el primer año, permitieron al equipo determinar la densidad y la agrupación del universo con una precisión sin precedentes.
DES terminó de observar el cielo nocturno en 2019. Gracias a la experiencia obtenida al analizar la primera mitad de los datos, el equipo ahora está listo para manejar el conjunto de datos completo. Se espera que el análisis DES final proporcione una imagen aún más detallada de la materia oscura y la energía oscura en el universo.
La colaboración DES consta de más de 400 científicos de 25 instituciones en siete países.
“La colaboración es extremadamente joven. Está fuertemente dirigido a estudiantes de doctorado y estudiantes que hacen gran parte de este trabajo ”, dijo el director y portavoz del DES, Rich Kron, quien es investigador en Fermilab y la Universidad de Chicago. “Es realmente satisfactorio. Se está formando una nueva generación de cosmólogos mediante la investigación de la energía oscura ».
Los métodos del equipo allanaron el camino para futuros estudios del cielo, como el Patrimonio de Espacio y Tiempo del Observatorio Rubin. “DES muestra que la era de los grandes datos de encuestas ha comenzado bien y de verdad”, señala Chris Davis, director de programa de NSF NOIRLab. “DES en el telescopio Blanco NSF ha preparado el terreno para los notables descubrimientos del Observatorio Rubin en la próxima década”.
Proporcionado por la Asociación de Universidades para la Investigación en Astronomía (AURA)