Don Lincoln es un científico sénior en el Fermilab del Departamento de Energía de EE. UU., La mayor institución de investigación del Gran Colisionador de Hadrones del país. También escribe sobre ciencia para el público, incluyendo su reciente "El gran colisionador de hadrones: la historia extraordinaria del bosón de Higgs y otras cosas que te dejarán boquiabierto"(Johns Hopkins University Press, 2014). Puedes seguirlo enFacebook. Lincoln contribuyó este artículo a Live Science'sVoces expertas: opinión y opinión.
Mientras hemos mantenido registros, la humanidad se ha maravillado con el cielo nocturno. Hemos mirado los cielos para determinar la voluntad de los dioses y preguntarnos sobre el significado de todo. Las meras 5.000 estrellas que podemos ver a simple vista han sido compañeras de la humanidad durante milenios.
Las modernas instalaciones astronómicas nos han demostrado que el universo no consiste solo en miles de estrellas, sino en cientos de miles de millones de estrellas solo en nuestra galaxia, con billones de galaxias. Los observatorios nos han enseñado sobre el nacimiento y la evolución del universo. Y, el 3 de agosto, una nueva instalación hizo su primer anuncio sustantivo y agregó a nuestra comprensión del cosmos. Nos permite ver lo invisible, y demostró que la distribución de la materia en el universo difería un poco de las expectativas.
The Dark Energy Survey (DES) es una colaboración de unos 400 científicos que se han embarcado en una misión de cinco años para estudiar galaxias distantes para responder preguntas sobre la historia del universo. Utiliza la Cámara de Energía Oscura (DEC) conectada al telescopio Victor M. Blanco de 4 metros en el Observatorio Interamericano Cerro Tololo en los Andes chilenos. DEC se montó en los EE. UU. En Fermilab, cerca de Batavia, Illinois, y es una cámara de 570 megapíxeles capaz de obtener imágenes de galaxias tan lejanas que su luz es un millonésimo más brillante que las estrellas más tenues visibles.
Energía oscura y materia oscura.
DES está buscando energía oscura, que es un campo de energía propuesto en el universo que es una forma de gravedad repulsiva. Mientras que la gravedad ejerce una atracción irresistible, la energía oscura empuja al universo a expandirse a un ritmo cada vez mayor. Su efecto se observó por primera vez en 1998, y todavía tenemos muchas preguntas sobre su naturaleza.
Sin embargo, al medir la ubicación y la distancia de 300 millones de galaxias en el cielo nocturno del sur, la encuesta podrá hacer declaraciones importantes sobre otro misterio astronómico, llamado materia oscura. Se cree que la materia oscura es cinco veces más frecuente en el universo que la materia ordinaria. Sin embargo, no interactúa con la luz, las ondas de radio o cualquier forma de energía electromagnética. Y no parece congregarse para formar cuerpos grandes como planetas y estrellas.
No hay forma de ver directamente la materia oscura (de ahí el nombre). Sin embargo, sus efectos se pueden ver indirectamente al analizar qué tan rápido giran las galaxias. Si calcula las velocidades de rotación soportadas por la masa visible de las galaxias, descubrirá que giran más rápido de lo que deberían. Por todos los derechos, estas galaxias deberían ser destrozadas. Después de décadas de investigación, los astrónomos han concluido que cada galaxia contiene materia oscura, lo que genera la gravedad adicional que mantiene unidas a las galaxias.
Materia oscura en el universo
Sin embargo, en una escala mucho mayor del universo, estudiar galaxias individuales no es suficiente. Se necesita otro enfoque. Para eso, los astrónomos deben emplear una técnica llamada lente gravitacional.
La lente gravitacional fue predicha en 1916 por Albert Einstein y fue observada por primera vez por Sir Arthur Eddington en 1919. La teoría de la relatividad general de Einstein dice que la gravedad que experimentamos realmente es causada por la curvatura del espacio-tiempo. Dado que la luz viaja en línea recta a través del espacio, si el espacio-tiempo es curvo, a un observador le parecerá que la luz viaja por un camino curvo a través del espacio.
Este fenómeno puede aprovecharse para estudiar la cantidad y distribución de materia oscura en el universo. Los científicos que miran una galaxia distante (llamada galaxia de lentes), que tiene otra galaxia aún más lejos detrás de ella (llamada galaxia observada), pueden ver una imagen distorsionada de la galaxia observada. La distorsión está relacionada con la masa de la galaxia lente. Debido a que la masa de la galaxia de la lente es una combinación de materia visible y materia oscura, la lente gravitacional permite a los científicos observar directamente la existencia y distribución de la materia oscura en escalas tan grandes como el universo mismo. Esta técnica también funciona cuando un gran cúmulo de galaxias en primer plano distorsiona las imágenes de cúmulos de galaxias aún más distantes, que es la técnica empleada para esta medición.
Bultos o no?
La colaboración DES recientemente lanzó un análisis utilizando exactamente esta técnica. El equipo observó una muestra de 26 millones de galaxias a cuatro distancias diferentes de la Tierra. Las galaxias más cercanas tenían lentes que estaban más lejos. Al utilizar esta técnica y observar cuidadosamente la distorsión de las imágenes de todas las galaxias, pudieron trazar la distribución de la materia oscura invisible y cómo se movió y agrupó en los últimos 7 mil millones de años, o la mitad de la vida útil del planeta. universo.
Como se esperaba, descubrieron que la materia oscura del universo era "grumosa". Sin embargo, hubo una sorpresa: fue un poco menos abultada de lo que habían predicho las mediciones anteriores.
Una de estas medidas contradictorias proviene de la señal de radio remanente del tiempo más temprano después del Big Bang, llamado fondo cósmico de microondas (CMB). El CMB contiene en su interior la distribución de energía en el cosmos cuando tenía 380,000 años. En 1998, la colaboración de Cosmic Background Explorer (COBE) anunció que el CMB no era perfectamente uniforme, sino que tenía puntos calientes y fríos que diferían del uniforme en 1 parte en 100,000. La sonda de anisotropía de microondas Wilkinson (WMAP) y los satélites Planck confirmaron y refinaron las mediciones de COBE.
Durante los 7 mil millones de años transcurridos entre el momento en que se emitió el CMB y el período de tiempo estudiado por DES, esas regiones más cálidas del universo sembraron la formación de la estructura del cosmos. La distribución de energía no uniforme capturada en el CMB, combinada con la fuerza de gravedad amplificadora, hizo que algunos puntos en el universo se volvieran más densos y otros menos. El resultado es el universo que vemos a nuestro alrededor.
El CMB predice la distribución de la materia oscura por una simple razón: la distribución de la materia en nuestro universo en el presente depende de su distribución en el pasado. Después de todo, si hubiera un grupo de materia en el pasado, esa materia atraería a la materia cercana y el grupo crecería. Del mismo modo, si tuviéramos que proyectarnos en un futuro lejano, la distribución de la materia hoy afectaría la de mañana por la misma razón.
Entonces, los científicos han usado mediciones del CMB a 380,000 años después del Big Bang para calcular cómo debería verse el universo 7 mil millones de años después. Cuando compararon las predicciones con las mediciones de DES, descubrieron que las mediciones de DES eran un poco menos grumosas que las predicciones.
Imagen incompleta
¿Es eso un gran problema? Tal vez. La incertidumbre, o error, en las dos mediciones es lo suficientemente grande como para significar que no están en desacuerdo de una manera estadísticamente significativa. Lo que eso simplemente significa es que nadie puede estar seguro de que las dos mediciones realmente no estén de acuerdo. Podría ser que las discrepancias surjan por casualidad de fluctuaciones estadísticas en los datos o pequeños efectos instrumentales que no fueron considerados.
Incluso los autores del estudio sugerirían precaución aquí. Las mediciones de DES aún no han sido revisadas por pares. Los documentos se enviaron para su publicación y los resultados se presentaron en las conferencias, pero las conclusiones firmes deben esperar hasta que lleguen los informes del árbitro.
Entonces, ¿cuál es el futuro? DES tiene una misión de cinco años, de los cuales se han registrado cuatro años de datos. El resultado recientemente anunciado utiliza solo el valor del primer año de datos. Aún se están analizando datos más recientes. Además, el conjunto de datos completo abarcará 5.000 grados cuadrados del cielo, mientras que el resultado reciente solo cubre 1.500 grados cuadrados y solo mira la mitad del camino en el tiempo. Por lo tanto, la historia claramente no está completa. No se esperará un análisis del conjunto de datos completo hasta quizás 2020.
Sin embargo, los datos tomados hoy ya podrían significar que existe una posible tensión en nuestra comprensión de la evolución del universo. E, incluso si esa tensión desaparece a medida que se analizan más datos, la colaboración DES continúa haciendo otras mediciones. Recuerde que las letras "DE" en el nombre representan energía oscura. Este grupo eventualmente podrá contarnos algo sobre el comportamiento de la energía oscura en el pasado y lo que podemos esperar ver en el futuro. Esta medición reciente es solo el comienzo de lo que se espera que sea un tiempo científicamente fascinante.
Esta versión del artículo se publicó originalmente en Live Science.
