DESI crea el mapa 3D más grande del universo

instrumento de espectroscopia de energía oscuraDESI) ha coronado los primeros siete meses de su estudio superando todos los récords anteriores de estudios de galaxias en 3D, creando el mapa más grande y detallado del universo jamás creado. Sin embargo, solo se acerca al 10% del camino durante su misión de cinco años. Una vez completado, este mapa 3D masivamente detallado producirá una mejor comprensión de la energía oscura, brindando así a los físicos y astrónomos una mejor comprensión del pasado y el futuro del universo. Mientras tanto, el asombroso rendimiento técnico y los logros cósmicos de la encuesta hasta el momento están ayudando a los científicos a revelar los secretos de las fuentes de luz más poderosas del universo.

DESI es una colaboración científica internacional administrada por el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley del Departamento de Energía (Laboratorio de Berkeley) con financiamiento inicial para la construcción y las operaciones de la Oficina de Ciencias del Departamento de Energía.

Los científicos de DESI están presentando el rendimiento del instrumento y algunos resultados astrofísicos tempranos esta semana en un seminario web organizado por Berkeley Lab llamado CosmoPalooza, que también incluirá actualizaciones de otros experimentos cosmológicos pioneros.

«Hay mucha belleza en ello», dijo Julian Gay, científico de Berkeley Lab, uno de los oradores. «En la distribución de galaxias en el mapa 3D, hay cúmulos masivos, filamentos y vacíos. Son las estructuras más grandes del universo. Pero dentro de ellas, encuentras una huella del universo muy primitivo y la historia de su expansión. desde entonces.»

DESI ha recorrido un largo camino para llegar a este punto. Se propuso originalmente hace más de una década y la construcción del dispositivo comenzó en 2015. Está instalado en el Telescopio Nicholas U Maywell de 4 metros en el Observatorio Kate Summit cerca de Tucson, Arizona. El Observatorio Nacional Kitt Peak es un programa de la Fundación Nacional de Ciencias (NSF) NOIRLab, que el Departamento de Energía contrata para operar el Telescopio Mayall para la encuesta DESI. El instrumento vio su primera luz a fines de 2019. Luego, durante su fase de validación, golpeó la pandemia de coronavirus y el telescopio se apagó durante varios meses, aunque algunos trabajos remotos continuaron. En diciembre de 2020, DESI volvió a mirar al cielo, probó su hardware y software y, en mayo de 2021, estaba listo para comenzar su estudio científico.

Deslízate por el mapa 3D de galaxias del Sloan Digital Sky Survey completo.

Un corte en el mapa 3D de galaxias de los primeros meses de la Espectroscopía de Energía Oscura (DESI; derecha). La Tierra está ubicada en el centro y las galaxias más distantes están a más de 10 mil millones de años luz de distancia. Cada punto representa una galaxia. Este segmento 2D del mapa 3D DESI muestra solo alrededor de 800 000 de los 7,5 millones de galaxias escaneadas actualmente, lo que en sí mismo es solo una fracción de los 35 millones de galaxias que estarán en el mapa final. Crédito: D. Schlegel/Berkeley Lab utilizando datos de DESI

Pero el trabajo en DESI en sí no terminó una vez que comenzó la encuesta. «Es un trabajo en progreso para hacer que esta herramienta funcione», dijo el físico de la Universidad Estatal de Ohio, Klaus Hünscheid, un científico de máquinas involucrado en el proyecto, quien presentará el primer artículo de la sesión CosmoPalooza DESI. Honscheid y su equipo se aseguran de que la herramienta funcione sin problemas y de forma automática, idealmente sin interferencias durante el monitoreo nocturno. «Los comentarios que recibo de los vigilantes nocturnos son que los turnos son aburridos y lo tomo como un cumplido», dijo.

Pero este rendimiento monótono requiere un control increíblemente detallado de cada uno de los 5000 robots sofisticados que colocan las fibras ópticas en el instrumento DESI, asegurando que sus posiciones tengan una precisión de 10 micrones. «Diez micrones es muy pequeño», dijo Honshed. “Es menos que el grosor de un cabello humano. Y tienes que poner cada robot para recolectar luz de galaxias que están a miles de millones de años luz de distancia. Cada vez que pienso en este sistema, me pregunto ¿cómo podemos lograrlo? El éxito de DESI como herramienta es algo de lo que estar orgulloso».

Ver los verdaderos colores de la energía oscura

este nivel de salud Se requiere para cumplir la misión principal de la encuesta: recopilar imágenes detalladas del espectro de colores de millones de galaxias en más de un tercio de todo el cielo. Al descomponer la luz de cada galaxia en su espectro de color, DESI puede cuantificar el desplazamiento hacia el rojo de la luz, estirada hacia el extremo rojo del espectro por la expansión del universo durante los miles de millones de años que viajó antes de llegar a la Tierra. Son estos desplazamientos al rojo los que hacen que DESI vea la profundidad del cielo.

Cuanto mayor es el corrimiento al rojo del espectro de la galaxia en general, más lejos está de ella. Con un mapa 3D del universo en la mano, los físicos pueden mapear cúmulos y supercúmulos de galaxias. Esas estructuras tienen ecos de su formación inicial, cuando eran solo ondas en el universo infantil. Al activar estos ecos, los físicos pueden usar los datos DESI para determinar la historia de expansión del universo.

El nuevo cuásar descubierto con DESI da una idea del universo tal como era hace casi 13 mil millones de años, menos de mil millones de años después del Big Bang. Este es el quásar DESI más distante detectado hasta ahora, de una selección de quásares DESI de corrimiento al rojo extremadamente alto. El fondo muestra este cuásar y sus alrededores en los estudios de fotogrametría heredada de DESI. Crédito: Jenny Yang, Steward Observatory/Universidad de Arizona

Nuestro objetivo científico es medir la huella digital de las ondas en el primordial plasmadijo el tipo. «Es sorprendente que podamos detectar el efecto de estas ondas después de miles de millones de años, y tan rápido en nuestra encuesta».

Comprender la historia de la expansión es crucial, ya que está en juego nada menos que el destino de todo el universo. Hoy en día, alrededor del 70 % del contenido del universo es energía oscura, una forma misteriosa de energía que impulsa la expansión del universo más rápidamente. A medida que el universo se expande, aparece más energía oscura, lo que acelera aún más la expansión, en un ciclo que impulsa hacia arriba una parte de la energía oscura del universo. La energía oscura determinará en última instancia el destino del universo: ¿se expandirá para siempre? ¿Volverá a desplomarse sobre sí mismo, en la gran explosión ¿hacia atrás? ¿O se destrozará a sí misma? Responder estas preguntas significa aprender más sobre cómo se comportó la energía oscura en el pasado, y eso es exactamente para lo que DESI fue diseñado. Y al comparar la historia de la expansión con la historia del crecimiento, los cosmólogos pueden verificar si la teoría general de la relatividad de Einstein se sostiene en estos enormes tramos de espacio y tiempo.

Agujeros negros y galaxias brillantes

Pero comprender el destino del universo debe esperar hasta que DESI complete más de su encuesta. Mientras tanto, DESI ya está impulsando avances en nuestra comprensión del pasado distante, hace más de 10 mil millones de años, cuando las galaxias aún eran jóvenes.

«Es realmente sorprendente», dijo Ragadeepika Pucha, estudiante de posgrado en astronomía de la Universidad de Arizona que trabaja en DESI. «DESI nos dirá más sobre la física de la formación y evolución de galaxias».

Pucha y sus colegas usan datos DESI para comprender el comportamiento de los agujeros negros de masa media en galaxias pequeñas. Se cree que los agujeros negros supermasivos habitan el corazón de casi todas las galaxias grandes, como la nuestra. vía Láctea. Pero si las galaxias pequeñas siempre tienen sus propios agujeros negros (más pequeños) en sus núcleos. Los agujeros negros serían casi imposibles de encontrar por sí solos, pero si atraen suficiente material, serán más fáciles de detectar. Cuando el gas, el polvo y otros materiales caen en Calabozo A medida que se calienta (a temperaturas por encima del núcleo de la estrella) en su camino hacia el interior, se forma un núcleo galáctico activo (AGN). En las galaxias grandes, los núcleos galácticos activos se encuentran entre los objetos más brillantes del universo conocido. Pero en galaxias más pequeñas, los AGN pueden ser mucho más débiles y difíciles de distinguir de las estrellas recién nacidas. Los espectros capturados por DESI podrían ayudar a resolver este problema, y ​​la distancia a la que se esparcen por el cielo brindará más información que nunca sobre los núcleos de las galaxias jóvenes. Estos núcleos, a su vez, darán pistas a los científicos sobre cómo se formaron los AGN en el universo primitivo.

Los cuásares, un grupo diverso de galaxias brillantes, se encuentran entre los objetos más brillantes y distantes. «Me gusta pensar en ellos como postes de luz, mirando hacia atrás en la historia del universo», dijo Victoria Fawcett, estudiante graduada en astronomía en la Universidad de Durham en el Reino Unido. Los cuásares son excelentes sondas del universo primitivo debido a su gran poder. Los datos de DESI retrocederán en el tiempo 11 mil millones de años.

Fawcett y sus colegas usan datos DESI para comprender la evolución de los propios cuásares. Se cree que los cuásares comienzan rodeados por una envoltura de polvo, que enrojece la luz que emiten, como el sol a través de la neblina. A medida que envejecen, expulsan este polvo y se vuelven más azules. Pero esta teoría ha sido difícil de probar debido a la escasez de datos sobre los cuásares rojos. DESI cambia eso, ya que se han encontrado más cuásares que cualquier encuesta anterior, con 2,4 millones de cuásares esperados en los datos finales de la encuesta.

«DESI es realmente genial porque detecta cosas que son más débiles y más rojas», dijo Fawcett. Añade que esto permite a los científicos probar ideas sobre la evolución de los cuásares que antes no se podían probar. Y esto no se limita solo a los cuásares. «Encontramos una gran cantidad de sistemas exóticos, incluidas grandes muestras de cosas raras que no hemos podido estudiar en detalle antes», dijo Fawcett.

Hay más por venir DESI. La encuesta ya ha catalogado más de 7,5 millones de galaxias y está agregando más a un ritmo de más de un millón de galaxias por mes. Solo en noviembre de 2021, DESI catalogó los desplazamientos al rojo de 2,5 millones de galaxias. Para el final de su operación en 2026, se espera que DESI tenga más de 35 millones de galaxias en su catálogo, lo que permitirá una amplia gama de investigaciones en cosmología y astrofísica.

«Todos estos datos están ahí, y están esperando a ser analizados», dijo Bucha. «Y luego encontraremos muchas cosas asombrosas sobre las galaxias. Para mí, eso es emocionante».

DESI cuenta con el apoyo de la Oficina de Ciencias del Departamento de Energía y el Centro Nacional de Computación Científica para la Investigación Energética, una instalación para usuarios de la Oficina de Ciencias del Departamento de Energía. La Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU., 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 Energía Atómica y Alternativa (CEA), la Fundación Nacional de Ciencias y Consejo Tecnológico de México, Secretaría de Economía de España, Instituciones miembros de DESI.

DESI Collaboration tiene el honor de permitirle realizar investigaciones científicas en el Monte Iolkam Du’ag (Kitt Peak), una montaña de particular interés para la nación de Tohono O’odham.