oh DESI La colaboración examina la expansión acelerada del universo a través de un mapeo integral desde sus primeras etapas hasta el presente. Sus descubrimientos desafían los modelos cósmicos tradicionales y sugieren nuevos conocimientos sobre la energía oscura, al tiempo que utilizan métodos de investigación innovadores e imparciales.

Un equipo de investigadores, incluido un astrofísico de la Universidad de Texas en Dallas, como parte de la colaboración del Instrumento Espectroscópico de Energía Oscura (DESI), está liderando un experimento innovador que tiene como objetivo explorar la expansión y aceleración del universo.

Mustapha Ishak-Boushaki, profesor de física en la Facultad de Ciencias Naturales y Matemáticas (NSM) de UT Dallas, es miembro de la colaboración DESI, un grupo internacional de más de 900 investigadores de más de 70 instituciones de todo el mundo que participan en un Experimento de varios años para aumentar la comprensión de la historia y el destino del cosmos.

El 4 de abril, Ishak-Boushaki presentó análisis del primer año de datos recopilados por el experimento DESI en una reunión de la Sociedad Estadounidense de Física en Sacramento, California, junto con otros dos científicos de DESI. Ishak-Boushaki presentó los resultados cosmológicos inferidos de los datos DESI y sus implicaciones para el universo. Los investigadores también compartieron los resultados del primer año de datos recopilados en varios artículos publicados en el sitio web de preimpresión arXiv.

El papel del instrumento DESI

El instrumento DESI, ubicado en el Observatorio Nacional Kitt Peak (KPNO) en Arizona, recolecta luz de las partes más distantes del Universo, lo que permite a los científicos mapear el cosmos tal como era en su juventud y rastrear su evolución hasta lo que se observa hoy. . Comprender cómo evolucionó el universo está ligado a cómo termina y a uno de los mayores misterios de la física: ¿qué hay detrás de la observación de que la expansión del universo se está acelerando?

El análisis del primer año de recopilación de datos de DESI confirmó los principios básicos de lo que los científicos consideran el mejor modelo del universo, pero también sugiere que hay más que aprender sobre la causa o causas subyacentes de la aceleración cósmica, cuyo descubrimiento condujo a Premio Nobel de Física en 2011.

DESI ha realizado el mapa 3D más grande de nuestro universo hasta la fecha. La Tierra está en el centro de esta delgada porción del mapa completo. En la sección ampliada, es fácil ver la estructura subyacente de la materia en nuestro universo. Crédito: Colaboración Claire Lamman/DESI; paquete de mapa de colores personalizado por cmastro

La aceleración cósmica es problemática porque va en contra de la forma en que funciona la gravedad, que hace que los objetos con masa se acerquen entre sí, en nuestro sistema solar y el espacio cercano.

«La gravedad une la materia, de modo que cuando lanzamos una pelota al aire, la gravedad de la Tierra la atrae hacia el planeta», dijo Ishak-Boushaki. “Pero en las escalas más grandes, el universo actúa de manera diferente. Está actuando como si hubiera algo repulsivo que estuviera separando el universo y acelerando su expansión. Este es un gran misterio y lo estamos investigando en varios frentes. ¿Es energía oscura desconocida en el universo o es una modificación de la teoría de la gravedad de Albert Einstein a escalas cosmológicas?

Explorando la energía oscura y la expansión del universo.

Muchos científicos consideran que la energía oscura desempeña un papel clave en la aceleración cósmica, pero no se comprende bien. Algunos teorizan que es una constante cosmológica, una propiedad intrínseca del espacio que impulsa la aceleración.

Para estudiar los efectos de la energía oscura durante los últimos 11 mil millones de años, el grupo DESI creó el mapa 3D más grande del cosmos jamás construido, utilizando las mediciones más precisas hasta la fecha. Esta es la primera vez que los científicos miden la historia de expansión del universo joven con una precisión superior al 1%.

El modelo líder del universo se conoce como Lambda-CDM. Incluye materia ordinaria y un tipo de materia que rara vez interactúa, llamada materia oscura fría (CDM), y energía oscura, conocida como Lambda. Tanto la materia oscura como la energía oscura dan forma a la expansión del universo, pero de maneras opuestas. A través de la atracción gravitacional, la materia y la materia oscura ralentizan la expansión, mientras que la energía oscura la acelera. La cantidad de cada uno influye en cómo evoluciona el universo. Este modelo es eficaz para validar resultados de experimentos anteriores y describir la apariencia del universo a lo largo del tiempo, dijo Ishak-Boushaki.

Esta animación muestra cómo las oscilaciones acústicas bariónicas actúan como una regla cósmica para medir la expansión del universo. Crédito: colaboración Claire Lamman/DESI y Jenny Nuss/Berkeley Lab

Sin embargo, cuando los resultados del primer año de DESI se combinan con datos de otros estudios, existen algunas diferencias sutiles con respecto a lo que predeciría el modelo Lambda-CDM.

«Nuestros resultados muestran algunas desviaciones interesantes del modelo estándar del universo que pueden indicar que la energía oscura está evolucionando con el tiempo», dijo Ishak-Boushaki. “Cuantos más datos recopilemos, mejor equipados estaremos para determinar si este hallazgo se mantiene. Con más datos podremos identificar diferentes explicaciones del resultado que observamos o confirmarlo. Si persiste, tal resultado arrojará algo de luz sobre lo que está causando la aceleración cósmica y proporcionará un gran paso adelante en la comprensión de la evolución de nuestro universo”.

Más datos también mejorarán otros resultados iniciales de DESI, que evalúan la constante de Hubble (una medida de la rapidez con la que el Universo se está expandiendo hoy) y la masa de partículas llamadas neutrinos.

Importancia del análisis ciego en la investigación

DESI es el primer experimento espectroscópico que realiza un análisis completamente ciego, que oculta el verdadero resultado a los científicos para evitar cualquier sesgo de confirmación subconsciente. Los investigadores trabajan «a ciegas» con datos modificados y escriben códigos de computadora para analizar sus hallazgos. Una vez que todo está finalizado, aplican su análisis a los datos originales para revelar la respuesta real.

«Dr. La investigación de Ishak-Boushaki y su colaboración con científicos de casi 70 instituciones están revelando importantes conocimientos sobre nuestro universo, y los resultados son fascinantes”, afirmó el Dr. David Hyndman, decano del NSM y catedrático distinguido de la Universidad Francis S. y Maurine G. Johnson. . «Es inspirador tener programas de investigación de clase mundial en UT Dallas y ver a nuestros científicos desempeñar papeles importantes en descubrimientos fundamentales».

Referencia: “Resultados de cosmología del año 1” por DESI Collaboration et al., 4 de abril de 2024.

DESI fue construido y opera con fondos de la Oficina de Ciencias del Departamento de Energía (DOE) y se encuentra encima del Telescopio Nicholas U. Mayall de 4 metros de la Fundación Nacional de Ciencias (NSF) en KPNO, que es operado por la NSF. NOIRLab. El Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley del DOE gestiona el experimento DESI.

DESI también cuenta con el apoyo del Centro Nacional de Computación Científica de Investigación Energética, la instalación informática insignia de la Oficina de Ciencias del DOE. NSF proporciona soporte adicional para DESI; el Consejo de Instalaciones Científicas y Tecnológicas del Reino Unido; la Fundación Gordon y Betty Moore; la Fundación Heising-Simons; la Comisión Francesa de Energías Alternativas y Energía Atómica; el Consejo Nacional de Humanidades, Ciencias y Tecnologías de México; el Ministerio de Ciencia e Innovación de España; e instituciones miembros de DESI.

Es un honor para la colaboración DESI poder realizar investigaciones científicas en Iolkam Du'ag (Kitt Peak), una montaña con especial importancia para la nación Tohono O'odham.