Un mapa del cielo que muestra la densidad de los cúmulos de galaxias, las galaxias y la materia en el universo sobre una parte del cielo según lo observado por el Dark Energy Survey. El panel de la izquierda muestra la densidad de las galaxias en esta parte del cielo, el panel del medio muestra la densidad de la materia y el panel de la derecha muestra la densidad del cúmulo de galaxias. Las áreas rojas son más densas y las áreas azules son menos densas que el promedio. Fuente: Chun-Hao To / Stanford University, SLAC National Accelerator Laboratory
El universo se está expandiendo a un ritmo cada vez más rápido, y aunque nadie está seguro de por qué, los científicos del Dark Energy Survey (DES) tenían al menos una estrategia para resolverlo: combinarían mediciones de la distribución de materia, galaxias y galaxias. agrupaciones para comprender mejor lo que está sucediendo.
Lograr este objetivo resultó bastante difícil, pero ahora un equipo dirigido por científicos del Departamento de Energía del Laboratorio Nacional Acelerador SLAC de la Universidad de Stanford y la Universidad de Arizona ha encontrado una solución. Su análisis, publicado el 6 de abril en Cartas de revisión física, proporciona una estimación más precisa de la densidad media de la materia, así como de su tendencia a agruparse, dos parámetros clave que ayudan a los físicos a estudiar la naturaleza de la materia oscura y la energía oscura, las misteriosas sustancias que componen la gran mayoría del universo.
“Esta es una de las mayores limitaciones de uno de los mejores conjuntos de datos hasta la fecha”, dice Chun-Hao To, autor principal del nuevo artículo y exalumno de SLAC y Stanford que trabaja con la directora del Instituto Kavli de Astrofísica y Cosmología de Partículas, Risa Wechsler.
Gol temprano
Cuando DES decidió en 2013 mapear una octava parte del cielo, el objetivo era recopilar cuatro tipos de datos: distancias a ciertos tipos de supernovas o estrellas en explosión; la distribución de la materia en el universo; distribución de galaxias; y la distribución de los cúmulos de galaxias. Cada uno de ellos les dice a los científicos cómo ha evolucionado el universo a lo largo del tiempo.
Idealmente, los científicos combinarían las cuatro fuentes de datos para mejorar sus estimaciones, pero hay una trampa: las distribuciones de materia, galaxias y cúmulos de galaxias están estrechamente relacionadas. Si los investigadores no consideran estas relaciones, terminarán siendo “contadas dos veces” poniendo demasiado énfasis en algunos datos y no lo suficiente en otros, dice To.
Para evitar el mal manejo de toda esta información, la astrofísica de la Universidad de Arizona Elisabeth Krause y sus colegas desarrollaron un nuevo modelo que podría explicar adecuadamente las relaciones en las distribuciones de los tres tamaños: materia, galaxias y cúmulos de galaxias. Al hacerlo, pudieron realizar el primer análisis que vinculó correctamente todos estos conjuntos de datos dispares para comprender la materia oscura y la energía oscura.
Mejorando las estimaciones
Agregar este modelo al análisis DES tiene dos efectos, dice To. Primero, las mediciones de las distribuciones de materia, galaxias y cúmulos de galaxias tienden a introducir todo tipo de errores. La combinación de las tres mediciones facilita la identificación de dichos errores, lo que aumenta la confiabilidad del análisis. En segundo lugar, estas tres medidas difieren en su sensibilidad a la densidad media de la materia y su compacidad. Como resultado, la combinación de los tres puede mejorar la precisión con la que DES puede medir la materia oscura y la energía oscura.
En un nuevo artículo, To, Krause y sus colegas aplicaron sus nuevos métodos al primer año de datos DES y refinaron la precisión de estimaciones previas de densidad y compacidad de la materia.
Ahora que el equipo puede incluir materia, galaxias y cúmulos de galaxias simultáneamente en sus análisis, agregar datos de supernovas será relativamente sencillo porque este tipo de datos no está tan estrechamente relacionado con los otros tres, dice To.
“El siguiente paso inmediato”, dice, “es aplicar las máquinas de datos del año 3 a los datos DES que cubren tres veces la cobertura del cielo”. No es tan simple como parece: aunque la idea básica es la misma, los nuevos datos requerirán esfuerzos adicionales para mejorar el modelo y mantenerse al día con la mayor calidad de los datos más nuevos, dice To.
“Este análisis es realmente emocionante”, dijo Wechsler. “Espero que establezca un nuevo estándar en la forma en que podremos analizar datos y aprender sobre la energía oscura a partir de grandes investigaciones, no solo para DES, sino también esperando los datos asombrosos que obtenemos de la Encuesta del Patrimonio del Observatorio Vera Rubin. .Espacio y tiempo en unos pocos años. ”
Proporcionado por SLAC National Accelerator Laboratory