DESI ofrece la mejor prueba hasta ahora del comportamiento de la gravedad en escala cósmica

Nuevos resultados revelan cómo se agrupan las galaxias a lo largo de la historia cósmica, y están en línea con la teoría general de la relatividad de Einstein

19 Noviembre 2024

Científicos utilizaron el Instrumento Espectroscópico de Energía Oscura (DESI, por sus siglas en inglés) para mapear cerca de seis millones de galaxias a lo largo de 11 mil millones de años de historia cósmica, permitiéndoles estudiar la forma en que las galaxias se agrupan en el tiempo y el crecimiento de las estructuras cósmicas. Este complejo análisis del primer año de datos de DESI entrega una de las pruebas más rigurosas hasta ahora de la teoría general de la relatividad de Einstein.

La gravedad ha dado forma a nuestro cosmos. Su influencia de atracción transformó las diminutas variaciones de materia presente en el Universo primitivo, en las extensas cadenas de galaxias que vemos hoy en día. Un nuevo estudio que utiliza los datos del primer año de trabajo del Instrumento Espectroscópico de Energía Oscura (DESI, por sus siglas en inglés), rastrea el crecimiento de esta estructura cósmica a lo largo de los últimos 11 mil millones de años, proporcionando la prueba más precisa que se conoce sobre el comportamiento de la gravedad a escalas muy grandes.

El instrumento DESI es un dispositivo de última generación que puede capturar la luz de 5.000 galaxias de forma simultánea. Fue construido y ahora operado con financiamiento de la Oficina de Ciencias de DOE. DESI está montado en el Telescopio de 4 metros Nicholas U. Mayall de la Fundación Nacional de Ciencias de Estados Unidos, en el Observatorio Nacional de Kitt Peak, un Programa de NOIRLab de NSF. El programa está actualmente en el cuarto de los cinco años de exploración del cielo, y se prevé que observe unos 40 millones de galaxias y cuásares una vez que concluya el proyecto.

El proyecto DESI es una colaboración internacional de más de 900 investigadores de más de 70 instituciones alrededor del mundo, y es administrado por el Departamento de Energía del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab).

En este último estudio, los investigadores de DESI encontraron que la gravedad se comporta como predijo la teoría de la relatividad de Einstein. El resultado valida nuestro modelo principal del Universo y limita las posibles teorías de la gravedad modificada, que ha sido propuesta como vía alternativa para explicar observaciones inesperadas, como la expansión acelerada del Universo que suele atribuirse a la energía oscura. 

La colaboración DESI ha compartido sus resultados en varios artículos publicados hoy en el repositorio en línea arXiv. El complejo análisis utiliza casi 6 millones de galaxias y cuásares y permite a los investigadores ver hasta 11 mil millones de años en el pasado. Sólo en un año de datos, DESI realizó la medición más precisa del crecimiento de la estructura cósmica, superando esfuerzos anteriores que tardaron décadas en completarse.

Los resultados de hoy proporcionan un análisis mayor del primer año de datos de DESI, que en abril elaboró el mayor mapa tridimensional de nuestro Universo hasta la fecha, revelando indicios de que la energía oscura podría estar evolucionando con el tiempo. Los resultados de abril se centraron en una característica particular de la agrupación de galaxias conocida como oscilaciones acústicas de bariones (BAO). El nuevo análisis amplía el alcance midiendo la distribución de las galaxias y la materia en diferentes escalas en el espacio. El estudio también proporcionó restricciones mejoradas sobre la masa de los neutrinos [2], las únicas partículas fundamentales cuyas masas aún no se han medido con precisión. Los neutrinos influyen ligeramente en el patrón de agrupamiento de las galaxias, pero de todos modos se puede medir con la calidad de los datos de DESI. Las restricciones de DESI son las más estrictas hasta el momento y complementan las de las mediciones de laboratorio.

El estudio requirió meses de trabajo adicional y comprobaciones cruzadas. Al igual que el estudio anterior, utilizó una técnica para ocultar el resultado a los científicos hasta el final, mitigando cualquier sesgo inconsciente.

Al respecto, la astrónoma de NOIRLab de NSF y miembro de la colaboración DESI, Stephanie Juneau afirmó que “esta investigación forma parte de uno de los proyectos clave del experimento DESI: conocer los aspectos fundamentales de nuestro Universo a gran escala, como la distribución de la materia y el comportamiento de la energía oscura, así como también aspectos fundamentales de las partículas”.

“Comparando la evolución de la distribución de la materia en el Universo con las predicciones existentes, incluida la teoría de la relatividad general de Einstein y las teorías competidoras, estamos estrechando realmente las posibilidades de nuestros modelos de gravedad”, precisó Juneau.

Actualmente, la colaboración está analizando los primeros tres años de recolección de datos y espera presentar mediciones actualizadas de la energía oscura y de la historia de la expansión de nuestro Universo el año que viene. Los resultados ampliados de DESI que se publican hoy son consistentes con la preferencia anterior del experimento por una energía oscura en evolución, lo que aumenta la expectativa del próximo análisis.

“La materia oscura representa aproximadamente una cuarta parte del Universo, mientras que la energía oscura abarca otro 70 por ciento, pero no sabemos realmente qué es cada una de ellas”, explica el estudiante de doctorado del Laboratorio y Universidad de Berkeley Mark Maus, quien ha trabajado en la teoría y las vías de validación de los modelos para el nuevo análisis. “La idea de que podamos tomar fotografías del Universo y abordar estas grandes preguntas fundamentales es alucinante”, agregó.

Si bien los datos del primer año de DESI aún no están disponibles para el público, los investigadores pueden acceder a la primera versión de datos que están disponibles como archivos a través de la colaboración DESI y como bases de datos de búsqueda de catálogos y espectros mediante el Astro Data Lab y SPARCL en el Centro de Datos para la Comunidad Científica, un Programa de NOIRLab, de NSF.

Notas

[1] la aceleración de la expansión del Universo y el descubrimiento de la energía oscura fueron un avance revolucionario en cosmología. Las instalaciones de NOIRLab jugaron un rol fundamental apoyando a los dos equipos ganadores del premio Nobel con instrumentación y telescopios capaces de realizar mediciones detalladas de las supernovas que condujeron a este descubrimiento.

[2] Experimentos previos con neutrinos hallaron que la suma de las masas de los tres tipos de neutrinos debía ser de al menos 0.059 eV/c2. (En comparación, un electrón tiene una masa de unos 511,000 eV/c2.) Los resultados de DESI indican que la suma debe ser menor a 0.071 eV/c2, lo que deja un estrecho margen para las masas de los neutrinos.

Más Información

DESI cuenta con el apoyo de la Oficina de Física de Altas Energías del Departamento de Energía de EE.UU., la Fundación Nacional de Ciencias de Estados Unidos, la División de Ciencias Astronómicas bajo contrato con NOIRLab de NSF, el Consejo de Instalaciones de Ciencia y Tecnología 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 Ciencia y Tecnología de México, el Ministerio de Economía de España, e instituciones miembros de DESI. 

Los científicos de DESI están honrados de poder realizar investigaciones astronómicas en Iolkam Du’ag (Kitt Peak), una montaña de especial importancia para la Nación Tohono O’odham.

NOIRLab de NSF (Laboratorio Nacional de Investigación para la Astronomía Óptica-Infrarroja de EE.UU.), el centro estadounidense para la astronomía óptica-infrarroja terrestre, opera el Observatorio Internacional Gemini (una instalación de NSF, NRC-Canadá, ANID-Chile, MCTIC-Brasil, MINCyT-Argentina, y KASI-República de Corea), el Observatorio Nacional Kitt Peak de NSF (KPNO), el Observatorio Interamericano Cerro Tololo de NSF (CTIO), el Centro de Datos para la Comunidad Científica (CSDC), y el Observatorio Vera C. Rubin de NSF-DOE (en cooperación con el Laboratorio Nacional del Acelerador SLAC del DOE). Es 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 central en Tucson, Arizona. La comunidad científica se siente honrada de tener la oportunidad de realizar investigaciones astronómicas en I’oligam Du’ag (Kitt Peak) en Arizona, en Maunakea en Hawaiʻi, y en Cerro Tololo y Cerro Pachón, en Chile. Reconocemos y apreciamos el importante rol cultural y el valor que estos sitios tienen para la Nación Tohono O'odham y, para la comunidad nativa hawaiana y para las comunidades locales de Chile, respectivamente.

El Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) está comprometido a brindar soluciones a la humanidad mediante la investigación de energías limpias, un planeta sano y el descubrimiento de la ciencia. Fundado en 1931 con la convicción de que los grandes problemas se enfrentan mejor en equipo, Berkeley Lab y sus científicos han sido galardonados con 16 premios Nobel. Investigadores de todo el mundo confían en las instalaciones científicas de categoría mundial del laboratorio para sus propias investigaciones pioneras. Berkeley Lab es un laboratorio nacional multiprograma administrado por la Universidad de California para la oficina de Ciencias del Departamento de Energía de los Estados Unidos.

La Oficina de Ciencias de DOE es la mayor fuente de financiamiento de la investigación básica en ciencias físicas en Estados Unidos y trabaja para afrontar algunos de los retos más acuciantes de nuestro tiempo. Para más información, por favor visite energy.gov/science.

Este comunicado de prensa fue traducido por Manuel Paredes

Contactos

Stephanie Juneau
Associate Astronomer
NSF NOIRLab
Correo electrónico: stephanie.juneau@noirlab.edu

Will Percival
University of Waterloo
DESI Co-spokesperson
Correo electrónico: spokespersons@desi.lbl.gov

Alexie Leauthaud
UC Santa Cruz
DESI Co-spokesperson
Correo electrónico: spokespersons@desi.lbl.gov

Jeff Newman
University of Pittsburgh
DESI Press Committee Chair
Correo electrónico: janewman@pitt.edu

Josie Fenske
Jr. Public Information Officer
NSF NOIRLab
Correo electrónico: josie.fenske@noirlab.edu

Lauren Biron
Lawrence Berkeley National Laboratory
Science Communication and Media Relations Specialist
Correo electrónico: LBiron@lbl.gov

Esta es una traducción del Comunicado de Prensa de NOIRLab noirlab2428.