Fuera del universo visible humano, alrededor del 95% de su composición proviene de materia oscura invisible y energía oscura. No emiten luz ni son detectables directamente, pero influyen silenciosamente en la evolución de galaxias y estructuras a gran escala a través de la gravedad y la expansión cósmica. Recientemente, un equipo internacional compuesto por la Universidad de Chicago y otras instituciones utilizó la Cámara de Energía Oscura (DECam) para realizar análisis estadísticos de distorsiones débiles en las formas de cientos de millones de galaxias, y dibujó un nuevo mapa del "universo invisible" que cubre aproximadamente un tercio de todo el cielo, aportando evidencia clave para probar los modelos cosmológicos convencionales actuales.
Este estudio se basa en las observaciones del Dark Energy Survey (DES) de 2013 a 2019. La cámara de energía oscura de este último instalada en el Telescopio Blanco de 4 metros en el Observatorio Interamericano Cerro Tololo en Chile ha medido con precisión las formas de más de 150 millones de galaxias, cubriendo unos 5.000 grados cuadrados del cielo, lo que equivale a una octava parte de todo el cielo. Anteriormente, estos datos han desempeñado un papel central en la prueba del modelo cosmológico estándar de "Λmateria oscura fría" (ΛCDM), y los últimos resultados incorporan además en el análisis una gran cantidad de imágenes capturadas por la cámara pero que originalmente no estaban dentro del área oficial de estudio del DES, casi duplicando el número de galaxias que pueden usarse para la investigación de lentes gravitacionales débiles.
En una nueva ronda de análisis, el equipo de investigación midió las formas de más de 100 millones de galaxias y estimó sus distancias a la Tierra mediante el desplazamiento hacia el rojo de sus espectros, captando así simultáneamente la distribución de proyección y la información de profundidad tridimensional de las galaxias en el cielo. Cuando la luz de estas galaxias viaja a través del universo, será ligeramente "atraída" por la gravedad de la materia a lo largo del camino, y aparece como una forma extremadamente fina en las imágenes de los telescopios terrestres. Este efecto se denomina "lente gravitacional débil" y es una herramienta clave para inferir la distribución de la materia en el universo y examinar el grado de acumulaciones de materia oscura y el papel de la energía oscura.
En este trabajo, llamado proyecto de corte cósmico "DECADE", los científicos utilizaron estos datos de forma y distancia para ajustar el modelo ΛCDM, centrándose en si la tasa de crecimiento de la estructura cósmica a lo largo del tiempo es consistente con las predicciones del modelo. Los resultados de la investigación muestran que los parámetros de "grumosidad" del universo obtenidos utilizando este conjunto de datos independiente son consistentes con mediciones anteriores de lentes débiles, y también concuerdan con los parámetros del universo temprano deducidos de la radiación cósmica de fondo de microondas. No se ha encontrado ninguna evidencia de "tensión evidente entre el universo tardío y el universo temprano" que haya sido controvertida en los últimos años.
El equipo también combinó las mediciones de lentes débiles de DECADE con datos originales de DES para construir una muestra de análisis de lentes de galaxias que cubre el mayor número de galaxias y el área de cielo más amplia hasta el momento, totalizando alrededor de 270 millones de galaxias, cubriendo alrededor de 13.000 grados cuadrados de cielo, que es aproximadamente un tercio de todo el cielo. Gracias a una muestra tan grande, los investigadores pueden adoptar una estrategia de control de calidad más conservadora en su análisis, utilizando sólo los puntos de datos más creíbles con los errores sistemáticos más pequeños, y aun así obtener restricciones de alta precisión que son suficientes para comparar directamente con los resultados del fondo cósmico de microondas.
Este trabajo fue descrito por los investigadores como "un estudio de lentes débiles poco convencional" porque utilizó una gran cantidad de imágenes históricas previamente tomadas por la comunidad astronómica para otros objetivos científicos y dispersas en archivos, en lugar de un plan de observación dedicado a largo plazo diseñado para lentes débiles desde el principio. En las soluciones tradicionales, se descartará una gran cantidad de fotografías que no cumplan con ciertos estándares estrictos de calidad de imagen. Sin embargo, el equipo de DECADE adoptó condiciones de detección más flexibles bajo la premisa de probar estrictamente los errores sistemáticos, lo que demuestra que incluso los datos que no "nacen para lentes" pueden respaldar un análisis cosmológico sólido siempre que se sometan a una cuidadosa calibración y evaluación de calidad.
La propia cámara de energía oscura está equipada con 62 detectores CCD de ultra alta sensibilidad, que pueden fotografiar el espacio profundo del universo a una profundidad sin precedentes. Es una de las instalaciones centrales para la investigación actual de lentes débiles y energía oscura. En este proyecto, científicos de la Universidad de Chicago, Fermilab, el Centro Nacional de Aplicaciones de Supercomputación de la Universidad de Illinois, así como el Laboratorio Nacional Argonne, la Universidad de Wisconsin-Madison y otras instituciones colaboraron para formar una fuerza conjunta en recuperación de datos, revisión manual de la calidad de la imagen, métodos de medición de formas y análisis estadístico cosmológico, convirtiendo estas observaciones de archivo "redescubiertas" en nuevas armas cosmológicas.
El catálogo recién publicado de galaxias con formas se abrió a la comunidad científica y rápidamente atrajo la atención de las comunidades de cosmología y astronomía. Se ha utilizado en muchos temas, como el estudio de galaxias enanas y el mapeo de la distribución de masa del universo. Los investigadores dijeron que a medida que se lancen en el futuro proyectos a mayor escala como el "Estudio del Patrimonio del Tiempo y el Espacio" (Rubin LSST) del Observatorio Vera Rubin, esta experiencia muestra que se espera que hacer un buen uso de todas las imágenes disponibles en lugar de solo muestras "perfectas" mejore significativamente la precisión de la medición de las propiedades de la materia y la energía oscuras, proporcionando pistas más claras para comprender este "universo invisible al 95%".
Compilado de /ScitechDaily