Astronomía: un impactante nuevo mapa arroja luz sobre los misterios del Universo

Nuevos resultados del Dark Energy Survey (DES) usan la muestra más grande de galaxias en un octavo del cielo para producir las medidas más precisas de la composición y el crecimiento del Universo. DES toma imágenes del cielo nocturno usando la Cámara de Energía Oscura de 570 megapíxeles en el Telescopio Víctor M. Blanco de 4 metros en el Observatorio Interamericano Cerro Tololo (CTIO) en Chile.

En el transcurso de seis años, de 2013 a 2019, DES utilizó el 30% del tiempo en el Telescopio Blanco y examinó 5000 grados cuadrados, casi un octavo de todo el cielo, en 758 noches de observación, catalogando cientos de millones de objetos.

Los resultados 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 hasta ahora de la distribución de galaxias en el Universo en épocas relativamente recientes. Los datos de DES se procesaron en el Centro Nacional de Aplicaciones de Supercomputación de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, según un comunicado del NOIRLab de la NSF (National Science Foundation), que opera el telescopio Blanco.

Dado que DES estudió las galaxias cercanas, así como los miles de millones de años luz de distancia, sus mapas brindan tanto una instantánea de la estructura actual a gran escala del Universo como una vista de cómo esa estructura ha evolucionado durante los últimos 7000 millones de años.

La materia ordinaria constituye solo alrededor del 5% del Universo. La energía oscura, que los cosmólogos plantean como hipótesis impulsa la expansión acelerada del Universo al contrarrestar la fuerza de la gravedad, representa aproximadamente el 70%. El último 25% es materia oscura, cuya influencia gravitacional une a las galaxias. Tanto la materia oscura como la energía oscura permanecen invisibles. DES busca iluminar su naturaleza mediante el estudio de cómo la competencia entre ellos da forma a la estructura a gran escala del Universo a lo largo del tiempo cósmico.

Para cuantificar la distribución de la materia oscura y el efecto de la energía oscura, DES se basó principalmente en dos fenómenos. Primero, a gran escala, las galaxias no se distribuyen aleatoriamente por el espacio, sino que forman una estructura en forma de red que se debe a la gravedad de la materia oscura. DES midió cómo ha evolucionado esta red cósmica a lo largo de la historia del Universo. La agrupación 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 primer plano puede doblar su camino, como a través de una lente, dando como resultado una imagen distorsionada de la galaxia vista desde la Tierra. Al estudiar 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 la aglomeración de la 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 orbital Planck de la Agencia Espacial Europea. Planck usó la luz conocida como fondo cósmico de microondas para mirar hacia el Universo temprano, solo 400.000 años después del Big Bang. Los datos de Planck dan una visión precisa del Universo hace 13.000 millones de años, y el modelo cosmológico estándar predice cómo debería evolucionar la materia oscura hasta el presente.

Combinado con resultados anteriores, DES proporciona la prueba más poderosa del mejor modelo actual del Universo hasta la fecha, y los resultados son consistentes con las predicciones del modelo estándar de cosmología. Sin embargo, quedan indicios de DES y de varios estudios de galaxias anteriores de que el Universo de hoy es un pequeño porcentaje menos aglomerado de lo previsto.

Se eligieron diez regiones del cielo como “campos profundos” que la Cámara de Energía Oscura tomó imágenes repetidamente a lo largo del estudio. Apilar esas imágenes permitió a los científicos vislumbrar galaxias más distantes. Luego, el equipo utilizó la información del corrimiento al rojo de los campos profundos para calibrar el resto de la región de la encuesta. Este y otros avances en las mediciones y el modelado, junto con un aumento de tres veces en los datos en comparación con el primer año, permitieron al equipo precisar la densidad y aglomeración del Universo con una precisión sin precedentes.

DES concluyó sus observaciones del cielo nocturno en 2019. Con la experiencia obtenida al analizar la primera mitad de los datos, el equipo ahora está preparado para manejar el conjunto de datos completo. Se espera que el análisis DES final pinte una imagen aún más precisa 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.

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