DESI crea el mapa 3D más grande del universo
9 min readinstrumento de espectroscopia de energía oscuraDESI) limitó los primeros siete meses de investigación, rompiendo todos los récords anteriores de investigación de galaxias en 3D, creando el mapa más grande y detallado del universo jamás creado. Pero en su misión de cinco años, solo se acerca al 10%. Cuando se complete este mapa 3D altamente detallado, proporcionará una mejor comprensión de la energía oscura, lo que permitirá a los físicos y astrónomos comprender mejor el pasado y el futuro del Universo. Mientras tanto, los sorprendentes resultados técnicos y los avances cósmicos en la investigación hasta la fecha han ayudado a los científicos a descubrir los secretos de las fuentes de luz más poderosas del mundo.
DESI es una colaboración científica internacional dirigida por el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (Laboratorio de Berkeley) del Departamento de Energía, para el cual la Oficina de Ciencias del Departamento de Energía proporciona financiamiento inicial para la construcción y operación.
Los científicos de DESI presentarán cómo funciona el instrumento y algunos de los primeros resultados astrofísicos en un seminario web organizado por el laboratorio CosmoPalooza de Berkeley esta semana, que también incluirá actualizaciones de otros experimentos espaciales innovadores.
“Tiene mucha belleza”, dijo uno de los oradores, el investigador de Berkeley Lab, Julian Gay. “El mapa 3D de distribución de galaxias contiene enormes cúmulos, hebras y vacíos. Es la estructura más grande del universo. En ellos, sin embargo, puedes encontrar una huella de un universo muy antiguo y una historia de su expansión. ya que.”
DESI ha recorrido un largo camino para llegar a este punto. Se propuso originalmente hace más de una década y la construcción comenzó en 2015. Está montado en un telescopio Nicholas U Maywell de 4 metros en el Observatorio Kate Summit cerca de Tucson, Arizona. El Observatorio Nacional en Kitt Peak es el programa NOIRLab de la Fundación Nacional de Ciencias (NSF), con el que el Departamento de Energía ha firmado un contrato para operar el Telescopio Mayall para la investigación DESI. El dispositivo apareció por primera vez en 2019. al final. Luego, la pandemia de coronavirus golpeó durante su fase de confirmación y el telescopio se apagó durante varios meses, aunque continuaron algunos trabajos remotos. 2020 En diciembre de 2021, DESI volvió a enfocar su mirada en el cielo, probó hardware y software, y en 2021. Mayo. estaba listo para comenzar la búsqueda.
Desplácese por el mapa 3D de la galaxia del Sloan Digital Sky Survey completo.
Parte de un mapa tridimensional de galaxias de los primeros meses de la espectroscopia de energía oscura (DESI; derecha). La Tierra está 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. Esta parte del mapa 2D 3D DESI solo muestra alrededor de 800 000 de los 7,5 millones de galaxias escaneadas actualmente, que es solo una fracción de los 35 millones de galaxias que aparecerán en el mapa final. Crédito: D. Schlegel / Berkeley Lab usando datos DESI
Sin embargo, el propio trabajo de DESI no estaba completo cuando comenzó la investigación. “Esta herramienta estará en funcionamiento”, dijo Klaus Hünscheid, físico de la Universidad Estatal de Ohio que participa en el proyecto y pronunciará el discurso de apertura en 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 la noche. “Los comentarios que recibo de los vigilantes nocturnos son tales que los turnos son aburridos, y lo tomo como un cumplido”, dijo.
Sin embargo, este rendimiento monótono requiere un control increíblemente detallado de cada uno de los 5000 robots sofisticados que colocan fibras ópticas en el instrumento DESI, asegurando que su posición tenga una precisión de 10 micrones. “Diez micrones es muy pequeño”, dijo Honshed. “Simplemente llegó a nuestro conocimiento en ese momento. Y tienes que poner cada robot para recolectar luz de galaxias a miles de millones de años luz de distancia. Cada vez que pienso en este sistema, me pregunto cómo podemos lograr esto. El éxito de DESI como herramienta es motivo de orgullo.
Ver los verdaderos colores de la energía oscura
Este nivel salud Esto es necesario para cumplir con la misión principal del estudio: recolectar imágenes completas del espectro de color 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 que se ha estirado hacia el final del espectro rojo debido a la expansión del Universo durante los miles de millones de años que viajó antes de llegar a la Tierra. . Es debido a estos desplazamientos al rojo que DESI ve las profundidades del cielo.
Cuanto mayor es el corrimiento al rojo del espectro de la galaxia, más se desvía de ella. Con un mapa 3D del universo, los físicos pueden formar cúmulos y supercúmulos de galaxias. Estas estructuras tienen ecos de su formación inicial cuando eran solo ondas del universo del bebé. Al causar estos ecos, los físicos pueden usar los datos DESI para determinar la historia de expansión del universo.
El nuevo cuásar, descubierto gracias a DESI, permite observar el universo tal como era hace casi 13 000 millones de años, menos de mil millones de años después del Big Bang. Es el cuásar DESI más distante jamás detectado entre los cuásares DESI con un corrimiento al rojo muy grande. El fondo muestra este quásar y su entorno en viejos registros de fotogrametría DESI. Autores: Jenny Yang, Steward Observatory / Universidad de Arizona
Nuestro objetivo científico es medir las huellas dactilares de las ondas en un ser primitivo plasmadijo el tipo. “Es sorprendente que podamos detectar los efectos de estas ondas después de miles de millones de años y tan rápido en nuestra investigación”.
Es importante comprender la historia de la expansión, porque el destino de todo el universo pende de un hilo. Hoy en día, aproximadamente el 70 % del contenido del universo es energía oscura, una forma misteriosa de energía que promueve la expansión más rápida del universo. A medida que el universo se expande, emerge más energía oscura, lo que acelera aún más la expansión en un ciclo que empuja algo de energía oscura hacia el universo. La energía oscura determinará en última instancia el destino del universo: ¿se expandirá para siempre? ¿Volverá a caer en sí mismo, porque el Big Bang ¿regreso? ¿O tal vez se destrozará a sí misma? Responder estas preguntas significa aprender más sobre cómo se ha comportado la energía oscura en el pasado; para eso se creó DESI. Y al comparar la historia de la expansión con la historia del crecimiento, los cosmólogos pueden probar si la teoría general de la relatividad de Einstein se aplica a estas vastas extensiones de espacio y tiempo.
Agujeros negros y galaxias brillantes
Pero para comprender el destino del universo, debemos esperar a que DESI complete su investigación. Mientras tanto, DESI ya está ayudando a 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 con DESI. “DESI les contará más sobre la física de la formación y evolución de las galaxias.
Pucha y sus colegas están utilizando datos DESI para comprender el comportamiento de los agujeros negros de masa media en galaxias pequeñas. Se cree que los agujeros negros supermasivos viven en el corazón de casi todas las galaxias grandes como la nuestra. vía Láctea. Pero no importa si las galaxias pequeñas aún tienen sus propios agujeros negros (más pequeños) en su núcleo. Sería casi imposible encontrar agujeros negros por sí solos, pero si atraen suficiente materia, serán más fáciles de detectar. Cuando entran gases, polvo y otras sustancias Agujero negro A medida que se calienta hacia adentro (a una temperatura por encima del núcleo de la estrella), 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. Sin embargo, en galaxias más pequeñas, las AGN pueden ser mucho más débiles y difíciles de distinguir de las estrellas neonatales. Los espectros capturados por DESI podrían ayudar a resolver este problema, y la medida en que se extienden por el cielo proporcionará más información que nunca sobre los núcleos de las galaxias jóvenes. Estos núcleos, a su vez, proporcionarán a los científicos pistas 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 farolas que cuentan la historia del universo”, dijo Victoria Fawcett, una estudiante de astronomía británica en la Universidad de Durham. Los cuásares son grandes sondas del universo primitivo debido a su inmenso poder. Los datos DESI pasarán 11 mil millones de años.
Fawcett y sus colegas están utilizando datos DESI para comprender la evolución de los propios cuásares. Se cree que los cuásares comienzan a estar rodeados por una capa de polvo que enrojece la luz que emiten como el sol a través de la niebla. A medida que envejecen, mueven este polvo y se vuelven más azules. Sin embargo, esta teoría fue difícil de verificar debido a los datos limitados sobre los cuásares rojos. DESI está cambiando eso porque se han encontrado más cuásares que en cualquier estudio anterior, y se espera que los datos finales del estudio sean 2,4 millones.
“DESI es realmente genial porque acepta cosas más débiles y 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 no se limita a los cuásares. “Encontramos muchos sistemas exóticos, incluidos excelentes ejemplos de cosas raras que no hemos podido explorar en detalle antes”, dijo Fawcett.
DESI espera aún más. En el estudio ya se han catalogado más de 7,5 millones de galaxias, y cada mes se añaden más de un millón. Solo en noviembre de 2021, DESI catalogó los desplazamientos al rojo de 2,5 millones de galaxias. Se espera que para 2026 haya más de 35 millones de galaxias en el catálogo DESI a finales de año, lo que permitirá realizar una amplia gama de investigaciones cosmológicas y astrofísicas.
“Todos estos datos están ahí, y están esperando a ser analizados”, dijo Bucha. “Y luego descubriremos muchas cosas sorprendentes sobre las galaxias. Me pregunto. “
DESI cuenta con el apoyo de la Oficina Científica del Departamento de Energía y el Centro Nacional de Computación Científica para la Investigación Energética, una instalación para usuarios de la Oficina Científica del Departamento de Energía. La Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU., el Consejo de Infraestructura 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) y el Instituto Nacional brindan apoyo adicional para DESI. de Ciencia y Tecnología. Consejo Mexicano de Tecnología, Ministerio de Economía de España, miembros de DESI.
La colaboración de DESI tiene el honor de permitirle realizar investigaciones en la montaña Iolkam Du’ag (Kitt Peak), una montaña de particular interés para la gente de Tohon O’odham.
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