Nuevo esfuerzo para mapear el universo, desentrañar los misterios de la « energía oscura »
Adaptado de un Lanzamiento por Bill Schulz, Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley.
Una búsqueda de cinco años para mapear el universo y desentrañar los misterios de la energía oscura comenzó oficialmente el 17 de mayo de 2021 en el Observatorio Nacional de Kitt Peak cerca de Tucson, Arizona. El Instrumento Espectroscópico de Energía Oscura (DESI) capturará y estudiará la luz de más de 30 millones de galaxias y otros objetos distantes, lo que permitirá a los científicos construir un mapa 3D del universo con un detalle sin precedentes.
DESI es una colaboración científica internacional que incluye a físicos de la Universidad de Utah y es administrada por el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley del Departamento de Energía (Berkeley Lab) con financiamiento principal de la Oficina de Ciencias del DOE.
Los espectros recogidos por DESI son los componentes de la luz correspondientes a los colores del arco iris. A medida que el universo se expande, las galaxias se alejan unas de otras y su luz se desplaza a longitudes de onda más largas y rojas. Cuanto más lejos esté la galaxia, mayor será su «desplazamiento al rojo». El proyecto recopilará y modelará datos para decenas de millones de espectros, lo que requerirá la capacitación del software automatizado mediante una combinación de observación profunda e inspección visual. Angela Berti, investigadora postdoctoral en la U, está muy involucrada en el esfuerzo.
“Hice una inspección visual, midiendo manualmente algunos desplazamientos al rojo anticuados, para evaluar los algoritmos que usaremos para medir automáticamente millones de desplazamientos al rojo adicionales. Comprender qué características espectrales no manejan bien nuestras técnicas de modelado nos ayuda a mejorar este modelado en su conjunto ”, dijo Berti. “Nunca tendrá un análisis que obtenga todos los corrimientos al rojo a la perfección. Pero puede optimizar y descubrir cómo minimizar su error. «
Foto de una pequeña sección del plano focal DESI, que muestra los posicionadores robóticos únicos en su tipo. Las fibras ópticas, que están instaladas en posicionadores robóticos, están retroiluminadas con una luz azul en esta imagen.
Berti también está trabajando en herramientas que identificarán cómo los muchos tipos de galaxias se unen en el espacio.
Allyson Brodzeller, estudiante de doctorado en la U, ha desarrollado nuevas técnicas para modelar datos de cuásares, objetos luminosos y distantes alimentados por agujeros negros miles de millones de veces más masivos que el sol. Utiliza técnicas de aprendizaje automático para agrupar quásares por una funcionalidad similar.
“Esto nos permite clasificar objetos en función de sus propiedades en los datos e identificar espectros de cuásares que no coinciden perfectamente con los clústeres”, dijo Brodzeller. «El establecimiento de estas clasificaciones nos permitirá obtener mejores estimaciones de su corrimiento al rojo y sus propiedades».
La distribución detallada de las galaxias en el mapa debería proporcionar una nueva perspectiva sobre la influencia y la naturaleza de la energía oscura.
«La energía oscura es uno de los principales impulsores científicos de DESI», dijo el co-portavoz del proyecto Kyle Dawson, profesor de física y astronomía en la U. Hoy en día, el 70% de la energía del universo es energía oscura, pero para estudiar sus propiedades. «
El disco de la galaxia de Andrómeda (M31), que se extiende por más de 3 grados, está dirigido por un solo objetivo DESI, representado por la gran superposición circular verde pálida. Los círculos pequeños en esta superposición representan las regiones accesibles para cada uno de los 5.000 posicionadores robóticos de fibra DESI. En esta muestra, los 5,000 espectros que fueron recolectados simultáneamente por DESI incluyen no solo estrellas de la galaxia de Andrómeda, sino también galaxias distantes y cuásares. El ejemplo de un espectro DESI que cubre esta imagen es el de un quásar remoto (QSO) de 11 mil millones de años.
«El universo se está expandiendo a un ritmo determinado por su contenido total de energía», explicó Dawson. “A medida que el instrumento DESI mira en el espacio y el tiempo, literalmente podemos tomar instantáneas hoy, ayer, hace mil millones de años, hace dos mil millones de años lo más lejos posible. Luego podemos determinar el contenido energético de esas instantáneas y ver cómo evoluciona.
El inicio oficial de la encuesta de cinco años de DESI sigue a una prueba de cuatro meses de su instrumentación personalizada que capturó más de cuatro millones de espectros de galaxias, más que la producción combinada de todos los estudios espectroscópicos anteriores.
El instrumento DESI reside en el Telescopio Mayall modernizado en el Observatorio Nacional Kitt Peak de la Fundación Nacional de Ciencias. El instrumento incluye nuevas ópticas que aumentan el campo de visión del telescopio e incluye 5.000 fibras ópticas controladas por robot para recopilar datos espectroscópicos de un número igual de objetos en el campo de visión del telescopio.
«No usamos los telescopios más grandes», dijo David Schlegel de Berkeley Lab, que es un científico de DESI. «Es que los instrumentos son mejores y están muy multiplexados, lo que significa que podemos capturar la luz de muchos objetos diferentes al mismo tiempo».
«DESI es el más ambicioso de una nueva generación de instrumentos destinados a comprender mejor el cosmos, en particular su componente de energía oscura», dijo la co-portavoz del proyecto Nathalie Palanque-Delabrouille, cosmóloga de la Comisión francesa de energías alternativas y energía atómica. Ella dijo que el programa de ciencia, incluido su propio interés en los cuásares, permitirá a los investigadores responder con precisión a dos preguntas principales: ¿Qué es la energía oscura? ¿Y qué tan bien sigue la gravedad las leyes de la relatividad general (que forman la base de nuestra comprensión del cosmos)?
DESI cuenta con el apoyo de la Oficina de Ciencias del DOE y el Centro Nacional de Computación Científica de Investigación en Energía, una instalación para usuarios de la Oficina de Ciencias del DOE. La Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU., El Consejo de Instalaciones de Ciencia y Tecnologías del Reino Unido, la Fundación Gordon y Betty Moore, la Fundación Heising-Simons, la Comisión Francesa de Energías Alternativas y Energía Atómica (CEA), el Consejo Nacional de Energía brindan apoyo adicional para DESI. Ciencia y Tecnología de México, el Ministerio de Economía de España y por instituciones miembros de DESI.
Los autores se sienten honrados de poder realizar una investigación astronómica en Iolkam Du’ag (Kitt Peak), una montaña de especial importancia para la nación Tohono O’odham.
