Los científicos han analizado el primer lote de datos de la búsqueda del Instrumento de Espectroscopia de Energía Oscura para mapear el universo y descubrir los secretos de la energía oscura.

Con 5.000 pequeños robots en un telescopio en la cima de una montaña, el Instrumento de Análisis de Energía Oscura (DESI) permite a los investigadores mirar 11 mil millones de años en el pasado. La luz de objetos distantes en el espacio está llegando ahora a DESI, lo que permite a los científicos cartografiar el universo cuando era joven y al mismo tiempo seguir su crecimiento. Comprender cómo evolucionó el universo está ligado a uno de los mayores misterios de la física: la energía oscura, que según la hipótesis de los investigadores está impulsando la expansión del universo.

DESI es una colaboración científica internacional en la que participan más de 800 científicos de todo el mundo. Incluyen investigadores del Grupo de Cosmología de la Universidad de Rochester, un grupo interdisciplinario que incluye profesores, becarios de investigación postdoctorales, estudiantes de posgrado y estudiantes universitarios de física, astronomía, ciencia de datos e informática. El grupo está coliderado por Regina DiMina, profesora de física. Segev Benzevi, profesor asociado de física; y Kelly Douglas, profesora asistente de física y astronomía (educativa).

DESI se encuentra actualmente en una misión de cinco años para medir 40 millones de galaxias y quásares y crear el mapa 3D más grande del universo jamás creado, con las mediciones más precisas hasta la fecha. El instrumento comenzó su estudio en 2021 y los investigadores anunciaron recientemente su análisis de los datos recopilados durante el primer año, incluidas mediciones de la tasa de expansión y la composición del universo. Publicaron su análisis en Varias hojas en arXiv Servidor de impresión avanzado.

“Los datos DESI representan un enorme aumento en volumen en comparación con todo lo que hemos recopilado antes”, dice Douglas. “La muestra de galaxias y quásares del primer año realizada por DESI es seis veces mayor que las mediciones combinadas de todos los estudios espectroscópicos anteriores realizados durante los últimos 40 años”.

DeMenna añade que los datos del primer año son sólo el comienzo: “El conjunto completo de datos nos permitirá observar más de cerca los albores de nuestro universo, un período en el que el universo experimentó una rápida expansión exponencial”.

Ojos visuales en el cielo.

El instrumento DESI está alojado en el telescopio Mayall modificado en el Observatorio Nacional Kitt Peak de la Fundación Nacional de Ciencias cerca de Tucson, Arizona. El instrumento incluye ópticas que aumentan el campo de visión del telescopio e incluye 5.000 fibras ópticas controladas robóticamente para recopilar datos espectroscópicos de objetos en el campo de visión del telescopio y escanear las ubicaciones 3D de galaxias y cuásares en el universo.

El grupo de Rochester forma parte de DESI desde 2017. Los miembros del grupo desempeñaron funciones clave en el funcionamiento de la herramienta, incluido el desarrollo de software y la resolución de problemas para garantizar que las 5000 fibras se dirigieran de manera óptima a sus objetivos.

Los miembros del grupo de Rochester también contribuyeron significativamente a la validación de los datos del primer año, incluido el examen de incertidumbres metodológicas (errores o diferencias potenciales) que podrían afectar las mediciones, para garantizar mejor la precisión y confiabilidad de los resultados.

Descifrando la expansión del universo y la energía oscura

DESI está diseñado para medir oscilaciones acústicas bariónicas (BAO), estructuras masivas similares a burbujas rastreadas por galaxias, que se formaron como resultado de condiciones poco después del Big Bang. En su primer año, DESI utilizó 5,7 millones de galaxias y quásares de su muestra espectroscópica para medir el tamaño del BAO y estimar qué tan rápido se está expandiendo el universo, una cantidad conocida como constante de Hubble.

BAO también se utiliza para limitar las densidades de la materia y la energía oscuras. Sin embargo, los científicos han creído durante mucho tiempo que el universo se está expandiendo a un ritmo constante. En 1999 Encontró que la tasa de expansión se estaba acelerando. Se supone que la energía oscura está impulsando la aceleración.

Algunas teorías sugieren que uno o más campos escalares (fuerzas invisibles que expanden el universo), similares al campo escalar que se supone impulsa el crecimiento inflacionario del universo poco después del Big Bang, contribuyen a la energía oscura.

“Hasta ahora, la humanidad solo conoce un campo escalar, y es el campo de Higgs”, dice DeMenna, quien formó parte del equipo que descubrió el campo de Higgs en 2012 utilizando el Gran Colisionador de Hadrones del CERN en Suiza. “Ahora es un buen momento para comprobar si hay más campos de este tipo”.

Otra pregunta que DESI busca responder es si la energía oscura tiene un valor constante en todas partes del universo –conocido como constante cosmológica– o si sus propiedades varían en el tiempo y el espacio. Si bien las mediciones BAO de un año de DESI son consistentes con la constante cosmológica, favorecen ligeramente el modelo que sugiere que la energía oscura es un campo en evolución o “dinámico”.

Según Benzvi, “las pruebas de la evolución de la energía oscura podrían ser muy interesantes, pero también podrían ser fluctuaciones fortuitas. No podemos estar seguros hasta que miremos el siguiente lote de datos. La estimación actual es a finales de 2025 para la próximo lanzamiento.”