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DESI comienza la creación de un mapa 3D del Universo

Cámara de última generación completó su marcha blanca para iniciar mapeo del Universo y desentrañar los misterios de la energía oscura

17 Mayo 2021

Un proyecto de cinco años para mapear el Universo y revelar los misterios de la energía oscura comenzó oficialmente este 17 de mayo de 2021 en el Observatorio Nacional de Kitt Peak, un Programa de NOIRLab de NSF. Para ello se utilizará el Instrumento Espectroscópico de Energía Oscura (DESI por sus siglas en inglés), que registrará la luz de decenas de millones de galaxias y otros objetos distantes en el Universo. Durante sus cuatro meses de prueba, que acaban de concluir, el proyecto realizó millones de observaciones.

Los científicos del proyecto explicaron que DESI va a contribuir en la construcción de un mapa 3D del Universo con un detalle sin precedentes, mediante la recolección de la luz de unas 30 millones de galaxias. El instrumento será capaz de recolectar los espectros, es decir, va a separar la luz de los objetos celestes en los colores del arcoiris, revelando información referente a su composición química, sus distancias relativas y sus velocidades. Los datos que resulten de estas observaciones ayudarán a los astrónomos a comprender mucho más la fuerza de repulsión que se le asocia a la energía oscura, la cual impulsa la aceleración de la expansión del Universo a través de vastas distancias cósmicas.

DESI es una colaboración científica internacional administrada por el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) del Departamento de Energía de Estados Unidos con financiamiento principal de la Oficina de Ciencias del Departamento. Actualmente se encuentra en el modernizado Telescopio Nicholas U. Mayall de 4 metros en el Observatorio Nacional de Kitt Peak, un Programa de NOIRLab de NSF.

El Director Asociado de Físicas de Altas Energías en DOE, Jim Siegrist, expresó que “estamos emocionados de ver el inicio de DESI, el primer proyecto de energía oscura de próxima generación que comienza su estudio científico. También felicitamos a Berkeley Lab, que continúa mejorando nuestras capacidades para estudiar la naturaleza de la energía oscura, desde su descubrimiento inicial en 1999. Berkeley Lab, de DOE, lideró exitosamente el equipo de DESI que lo integran 13 naciones, que incluye contribuciones del gobierno de Estados Unidos, de privados y de colaboraciones internacionales, para el diseño, la fabricación y la puesta a punto del principal espectrógrafo de objetos múltiples del mundo. La sólida colaboración entre distintas agencias con NSF, le permite a DOE instalar y operar a DESI en el telescopio Mayall, que es necesario para llevar a cabo este maravilloso experimento. Además de su misión principal sobre el estudio de la energía oscura, los datos serán utilizados por la comunidad científica para una multitud de estudios sobre astrofísica”.

"La combinación del telescopio Mayall con el instrumento DESI es actualmente la mejor maquina de estudio astronómico en el planeta”, indicó el científico de proyecto de DESI para NOIRLab y líder de las Operaciones de Observación de DESI, Arjun Dey. “Su misión inicial de cinco años, ojalá la primera de muchas, va a producir el mapa cartográfico más detallado jamás creado de nuestro universo en expansión acelerada. ¡No puedo esperar a ver qué va a descubrir!”, expresó.

“El experimento DESI es un excelente ejemplo de la extraordinaria ciencia que se puede lograr cuando las agencias gubernamentales colaboran para aprovechar al máximo las instalaciones de los observatorios nacionales como el telescopio Mayall”, señaló el Director de Programa de NSF para NOIRLab, Chris Davis.

De acuerdo al director de proyecto de Berkeley Lab, Michael Levi, DESI se va a diferenciar sustancialmente de otros estudios anteriores: “Vamos a medir diez veces más espectros de galaxias que todos los que se hayan medido previamente y estos espectros nos entregan una tercera dimensión”. Además explicó que en vez de producir imágenes bidimensionales de galaxias, cuásares y otros objetos distantes, el instrumento colecta luz, o espectros del cosmos, de modo que “se convierte en una máquina del tiempo en la que colocamos esos objetos en una línea temporal que llega tan lejos en el pasado como a 11 mil millones de años atrás”.

Por su parte, Nathalie Palanque-Delabrouille, portavoz adjunta del proyecto, destacó que “DESI es el más ambicioso de una nueva generación de instrumentos que apuntan a una comprensión más acabada del cosmos, particularmente de su componente de energía oscura”. La científica, que además es cosmóloga de la Comisión de Energías Alternativas y Energía Atómica de Francia, precisó que el programa científico —incluyendo su propio interés en cuásares— permitirán a los investigadores abordar con precisión dos preguntas principales: Qué es la energía oscura y hasta qué punto la gravedad sigue las leyes de la relatividad general, que forman la base de nuestro entendimiento del cosmos.

“Ha sido un largo viaje desde que dimos los primeros pasos hace casi una década atrás para diseñar el estudio, decidir qué objetivos observar, y ahora disponemos de los instrumentos para conseguir esos objetivos científicos”, explicó Palanque-Delabrouille. “Es muy emocionante ver dónde nos encontramos hoy”, concluyó.

El inicio formal del estudio de cinco años de DESI comprende una implementación de prueba de cuatro meses de su instrumentación exclusiva que capturó cuatro millones de espectros de galaxias, follows a four-month trial run of its custom instrumentation that captured 4.3four million spectra of galaxies, mucho más que la producción combinada de todos los estudios similares anteriores. [1]

“Es muy gratificante verificar el buen funcionamiento de este increíble e innovador instrumento en este punto crucial del proyecto”, indicó Parker Fagrelius, Supervisor de Operaciones de DESI en NOIRLab. “Estoy muy entusiasmado de ver lo que el estudio DESI puede descubrir sobre la energía oscura, pero también todos los nuevos e interesantes fenómenos que vamos a descubrir en este camino”, agregó.

El instrumento incluye nueva óptica que incrementa el campo de visión del telescopio y también incluye 5.000 fibras ópticas controladas robóticamente para colectar datos espectroscópicos de un número de objetos similar en el campo de visión del telescopio.

El científico de proyecto para DESI de Berkeley Lab, David Schlegel dijo que “No estamos utilizando telescopios más grandes. Es que los instrumentos son mejores y están altamente multiplexados, lo que significa que podemos capturar la luz de muchos objetos diferentes al mismo tiempo”.

De hecho, el telescopio “está apuntando a cinco mil galaxias distintas simultáneamente”, explicó Schlegel, a lo que agregó que en una noche cualquiera, cuando el telescopio se mueve a una posición específica, las fibras ópticas se alinean para colectar la luz de las galaxias a medida que se reflejan en el espejo del telescopio. Desde allí, la luz alimenta un banco de espectrógrafos y de cámaras CCD para su posterior procesamiento y estudio.

“En realidad tenemos una fábrica aquí, una fábrica de espectros”, señaló el líder de validación del estudio, Christophe Yeche, que también es uno de los cosmólogos en CEA. “Podemos colectar 5.000 espectros cada 20 minutos. En una buena noche podemos llegar a recolectar espectros de aproximadamente 150.000 objetos”.

“Pero no es sólo el hardware del instrumento lo que nos llevó a este punto, sino también el software del instrumento, que es el sistema nervioso central de DESI”, precisó Klaus Honscheid, profesor de física de la Universidad Estatal de Ohio, que dirigió el diseño de los sistemas de control y monitoreo de DESI. Además, dio el crédito de lo mismo a una multitud de personas en su grupo y otras alrededor del mundo que trabajaron y probaron miles de los componentes de DESI, la mayoría de los cuales son partes únicas exclusivas para el instrumento.

Los espectros recogidos por DESI son componentes de la luz que corresponden a los colores del arcoiris. Sus características revelan información referente a la composición química de los objetos que son observados, así como sus distancias relativas y velocidades.

A medida que el Universo se expande, las galaxias se alejan unas de otras, y su luz se desplaza a longitudes de ondas más largas y hacia el color rojo. Cuanto más lejana esté la galaxia, mayor será su corrimiento al rojo. Al medir el desplazamiento al rojo de las galaxias, los investigadores de DESI van a crear un mapa en 3D del Universo. Se espera que la distribución detallada de las galaxias en el mapa otorgue información nueva sobre la naturaleza e influencia de la energía oscura.

“La energía oscura es una de las motivaciones científicas cruciales para DESI”, indicó el portavoz adjunto del proyecto Kyle Dawson, quien además es profesor de física y astronomía en la Universidad de Utah. “La meta no tiene que ver mucho con averiguar cuánto hay —porque sabemos que cerca del 70% de la energía en el Universo es energía oscura— sino que estudiar sus propiedades”

Dawson explicó que el Universo se está expandiendo a un ritmo determinado por el contenido de su energía total. A medida que el instrumento DESI observé hacia el espacio y tiempo, “podremos literalmente tomar fotografías hoy, ayer, mil millones de años atrás, dos mil millones de años atrás, tan lejos en el tiempo como sea posible, y así podremos averiguar el contenido de energía en esas imágenes y ver cómo está evolucionando”.

Notas

[1] Durante sus cuatro meses de prueba, DESI recolectó 4,3 millones de espectros, pero muchos resultaron de observaciones repetidas del mismo objeto.

Más Información

NOIRLab de NSF (Laboratorio Nacional de Investigación en Astronomía Óptica-Infrarroja de NSF), el centro de EE. UU. para la astronomía óptica-infrarroja en tierra, opera el Observatorio internacional Gemini (una instalación de NSF, NRC–Canada, ANID–Chile, MCTIC–Brasil, MINCyT–Argentina y KASI – República de Corea), el Observatorio Nacional de Kitt Peak (KPNO), el Observatorio Interamericano Cerro Tololo (CTIO), el Centro de Datos para la Comunidad Científica (CSDC) y el Observatorio Vera C. Rubin (operado en cooperación con el National Accelerator Laboratory (SLAC) del Departamento de Energía de Estados Unidos (DOE). Está administrado por la Asociación de Universidades para la Investigación en Astronomía (AURA) en virtud de un acuerdo de cooperación con NSF y tiene su sede en Tucson, Arizona. La comunidad astronómica tiene el honor de tener la oportunidad de realizar investigaciones astronómicas en Iolkam Du’ag (Kitt Peak) en Arizona, en Maunakea, en Hawai‘i, y en Cerro Tololo y Cerro Pachón en Chile. Reconocemos y apreciamos el importante rol cultural y la veneración que estos sitios tienen para la Nación Tohono O’odham, para la comunidad nativa de Hawai‘i y para las comunidades locales en Chile, respectivamente.

DESI cuenta con el apoyo de la Oficina de Ciencia de DOE y de la National Energy Research Scientific Computing Center, una instalación para usuarios de la Oficina de Ciencia de DOE. La National Science Foundation de Estados Unidos, el Science and Technologies Facilities Council of the United Kingdom, la Fundación Gordon and Betty Moore, la Fundación Heising-Simons, el French Alternative Energies and Atomic Energy Commission (CEA), el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología de México, El Ministerio de Economía de España y las instituciones miembros de DESI, proveen apoyo adicional.

La colaboración DESI tiene el honor de realizar investigaciones astronómicas en Iolkam Du’ag (Kitt Peak), una montaña con un significado particular para la Nación Tohono O'odham.

Las instituciones miembros actuales de DESI incluyen: Aix-Marseille University; Argonne National Laboratory; Barcelona-Madrid Regional Participation Group; Brookhaven National Laboratory; Boston University; Brazil Regional Participation Group; Carnegie Mellon University; CEA-IRFU, Saclay; China Participation Group; Cornell University; Durham University; École Polytechnique Fédérale de Lausanne; Eidgenössische Technische Hochschule, Zürich; Fermi National Accelerator Laboratory; Granada-Madrid-Tenerife Regional Participation Group; Harvard University; Kansas State University; Korea Astronomy and Space Science Institute; Korea Institute for Advanced Study; Lawrence Berkeley National Laboratory; Laboratoire de Physique Nucléaire et de Hautes Énergies; Max Planck Institute; Mexico Regional Participation Group; New York University;

NSF’s NOIRLab; Ohio University; Perimeter Institute; Shanghai Jiao Tong University; Siena College; SLAC National Accelerator Laboratory; Southern Methodist University; Swinburne University; The Ohio State University; Universidad de Los Andes; University of Arizona; University of Barcelona; University of California, Berkeley; University of California, Irvine; University of California,

Santa Cruz; University College London; University of Florida; University of Michigan at Ann Arbor; University of Pennsylvania; University of Pittsburgh; University of Portsmouth; University of Queensland; University of Rochester; University of Toronto; University of Utah; University of Waterloo; University of Wyoming; University of Zurich; UK Regional Participation Group; Yale University.

Fundado en 1931 con la convicción de que los equipos afrontan mejor los grandes desafíos científicos, Lawrence Berkeley National Laboratory y sus científicos han sido reconocidos con 14 Premios Nobel. Actualmente, los investigadores de Berkeley Lab desarrollan soluciones medioambientales y de energía sustentable, crean nuevos materiales útiles, hacen avanzar las fronteras de la computación, y exploran los misterios de la vida, la materia y el universo. Científicos de todo el mundo confían en las instalaciones del Lab para realizar sus propios descubrimientos científicos. Berkeley Lab es un laboratorio nacional de múltiples programas administrado por la Universidad de California para la Oficina de Ciencia del Departamento de Energía de los Estados Unidos.

La Oficina de Ciencia de DOE es el mayor patrocinador de la investigación básica en las ciencias físicas en los Estados Unidos y trabaja para enfrentar algunos de los desafíos más urgentes de nuestro tiempo.

La Fundación Nacional de Ciencia (NSF) es una agencia federal independiente creada por el Congreso en 1950 para promover el progreso de las ciencias. NSF apoya la investigación básica y a las personas para crear conocimiento que transforme el futuro.

Fundada en 2007 por Mark Heising y Elizabeth Simons, la Fundación Heising-Simons está dedicada a promover soluciones sustentables en el medio ambiente, respaldar la investigación científica innovadora y mejorar la educación de los niños.

La Fundación Gordon and Betty Moore, fundada en 2000, busca proover la conservación del medio ambiente, la atención al paciente y la investigación científica. El Programa de Ciencia de la Fundación tiene como objetivo lograr un impacto significativo en el desarrollo de una investigación científica transformadora e innovadora, así como aumentar el conocimiento en campos emergentes.

El Science and Technology Facilities Council (STFC) del Reino Unido coordina la investigación sobre algunos de los desafíos más importantes a los que se enfrenta la sociedad, como las necesidades energéticas del futuro, el monitoreo y comprensión del cambio climático, y la seguridad global. Ofrece subvenciones y apoyo en física de partículas, física, astronomía y física nuclear.