17 Mayo 2021

Con el propósito de revelar los secretos de la expansión acelerada del Universo, el Instrumento Espectroscópico para el Estudio de la Materia Oscura (DESI), instalado en el Telescopio de 4 metros Nicholas U. Mayall del Observatorio Nacional Kitt Peak, realizará un profundo estudio de cinco años de duración, en el que además producirá el mapa tridimensional más grande del cosmos.

La energía oscura es la fuerza misteriosa que causa que el Universo se expanda cada vez más rápido, alejando las galaxias unas de otras. Con el fin de entender mejor cómo se comporta la energía oscura y cuáles son sus propiedades, DESI proveerá los espectros ópticos de aproximadamente 35 millones de galaxias, abarcando 11 mil millones de años de historia cósmica.

El corrimiento al rojo de las galaxias —es decir, el desplazamiento de la luz hacia longitudes de ondas mayores del espectro electromagnético, debido a la expansión del Universo— puede indicarle a los astrónomos no sólo qué tan lejos se encuentra una galaxia, sino también qué tan rápido se está alejando de nosotros. Los astrónomos quieren ver si la energía oscura fue más fuerte o más débil en el pasado, y si tiene la misma fuerza en todas las direcciones. Este tipo de información ayudará a los científicos a reducir el rango de posibilidades de lo que realmente podría ser la energía oscura.

Para lograr esto, DESI creará el mapa más grande del Universo, gracias a sus tecnologías de última generación. “Su instrumentación única es lo que hace que DESI sea emocionante”, dice Parker Fagrelius, Supervisor de Operaciones de DESI de NOIRLab de NSF en Tucson, Arizona.

DESI se basa en la instrumentación originalmente desarrollada para el Estudio Espectroscópico de Oscilaciones Bariónicas (BOSS por sus siglas en inglés), un precursor a DESI que era parte del Sondeo Digital del Cielo de Sloan (SDSS) en Apache Point, Nuevo México. BOSS utilizó un instrumento que podía capturar de forma simultánea los espectros de miles de objetos en el campo visual. Sin embargo, para mapear 35 millones de galaxias, DESI deberá trabajar con más rapidez.

DESI está dando un paso gigantesco hacia adelante al medir 5.000 espectros a la vez”, dice Fagrelius. “Esto es posible al usar un plano focal que se puede cambiar rápidamente”.

El Instrumento Espectroscópico para el Estudio de la Energía Oscura (DESI) creará el mapa más grande del Universo, gracias a sus tecnologías de última generación

El plano focal es exactamente eso: un plano dentro del instrumento en el que se enfoca la luz del telescopio. El plano focal del BOSS contaba con una placa de aluminio perforada por mil agujeros, y las fibras ópticas conectadas a los espectrógrafos podían introducirse a través de los orificios para coincidir con las galaxias en el cielo. Esto significaba que varias veces a lo largo de la noche, los técnicos tenían que cambiar los platos para hacerlas coincidir con un nuevo conjunto de galaxias a medida que se movía el campo de visión del telescopio. Por otro lado, el plano focal de DESI cuenta con fibras ópticas unidas a posicionadores robóticos, que pueden mover automáticamente las fibras para alinearlas con diferentes conjuntos de objetos en el cielo.

Entonces, estos 5.000 posicionadores robóticos alinearán las fibras para 5.000 objetos, y luego de 20 minutos, todos los posicionadores se moverán y alinearán con 5.000 nuevos objetos”, explica Fagrelius. “Se trata de un nuevo concepto y DESI realmente está demostrando que se puede utilizar un plano focal de esta forma”.

Medir tantos objetos en rápida sucesión conlleva a un torrente de datos brutos, noche tras noche. Este es un desafío que están enfrentando los científicos de DESI, incluyendo Aaron Meisner de NOIRLab.

Tenemos una frase: ¡corrimientos al rojo para el desayuno!”, ríe Meisner. “Hemos desarrollado un sistema computacional muy bueno y de alto rendimiento que nos proporciona toda la información que registramos la noche anterior para la mañana siguiente”, explica.

Los datos brutos recopilados por DESI inicialmente se almacenan en Kitt Peak, pero en unos minutos se transfieren al Centro Nacional de Computación Científica para la Investigación de la Energía (NERSC) en el Laboratorio Berkeley en California. NERSC es una de las supercomputadoras más poderosas en Estados Unidos, donde se procesan los datos y —en colaboración con el Centro de Datos para la Comunidad Científica (CSDC)— se ponen a disposición para los astrónomos del equipo de DESI desde el inicio.

¿Sabías que existen más de 500.000 componentes en el plano focal del Instrumento Espectroscópico para el Estudio de la Energía Oscura (DESI)?

Existen dos razones para hacer que los datos pasen por el sistema de forma tan rápida: En primer lugar, con la enorme cantidad de datos que se están recopilando existe el peligro de que se produzcan cuellos de botella en el sistema si los datos brutos no se procesan inmediatamente, ya que se espera que DESI publique 100 terabytes de datos cada año. En segundo lugar, los astrónomos buscarán en los datos de DESI mucho más que pistas sobre la energía oscura. Los datos también captarán fenómenos transitorios únicos, como supernovas inusuales o cuásares fluctuantes, y los astrónomos tendrán que ser capaces de identificarlos y utilizarlos rápidamente para poder seguirlos lo antes posible.

Cada noche existe una oportunidad de encontrar algo realmente extraño, raro o inusual entre los cientos de miles de espectros registrados en una noche determinada, lo que por sí mismo podría ser un gran descubrimiento”, precisa Meisner. “Mi interés científico es hacer lo que llamamos ‘búsquedas de objetos raros’, es decir, encontrar sistemas únicos o informativos que no se parezcan a las cosas que las personas hayan visto antes. Así que, desde el punto de vista del descubrimiento, al tener estos millones y millones de espectros, va a ser súper emocionante ver qué tipo de objetos encontraremos ahí”.

Otro problema ha sido encontrar los objetivos correctos que medirá el instrumento, dado que no hay mapas del Universo tan grandes o profundos como los que creará DESI.

Tenemos una frase: ¡corrimientos al rojo para el desayuno! Hemos desarrollado un sistema computacional muy bueno y de alto rendimiento que nos proporciona toda la información que registramos la noche anterior para la mañana siguiente

Ninguno de los mapas existentes del cielo era lo bastante grande o profundo para decirnos qué objetivos seleccionar”, explica Meisner, quien ha estado abordando este problema en observaciones que ha realizado con el Telescopio Mayall y su instalación hermana, el Telescopio Víctor M. Blanco en el Observatorio Cerro Tololo en Chile, para recopilar datos, mientras que también consulta los mapas infrarrojos de la sonda Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) de la NASA.

Una vez que esté completa la validación del estudio actual, es decir, la realización de observaciones para calibrar y confirmar que el instrumento está trabajando según las especificaciones, DESI se adentrará en su revolucionario estudio de cinco años.

Si bien serán necesarios uno o dos años de recopilación de datos para comenzar a sacar conclusiones sobre la energía oscura “ya hemos estado utilizando el instrumento por mucho tiempo”, dice Fagrelius. “Y ya estamos obteniendo espectros de un gran número de objetos y hemos encontrado muchos objetos que son súper interesantes”.



Autor

Gemma Lavender
Gemma es la Editora de NOIRLab Stories así como la Editora en Jefe de Future Plc en el Reino Unido. Ella tiene un historial en astrofísica y actualmente está realizando una investigación sobre la Educación de Física en la Universidad de Cardiff.

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