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Mapeo del universo oculto | Duke hoy

En agosto de 2013, un equipo de científicos instaló una cámara en un telescopio en lo alto de los Andes chilenos y la apuntó hacia el cielo nocturno para observar el universo.

Durante los siguientes seis años, fotografiaron más de 500 millones de galaxias débiles y distantes sobre una vasta extensión de cielo para crear los mapas de galaxias en 3D más grandes hasta el momento, que abarcan casi diez mil millones de años luz en el espacio.

Cada imagen estaba repleta de galaxias de formas y tamaños asombrosos. Dijo el cosmólogo de Duke, pero lo que realmente les interesaba Michael Troxell, escondido en los espacios más oscuros entre ellos.

Mire hacia el cielo y todo lo que puede ver o detectar con telescopios (estrellas y planetas) suma aproximadamente el 5% de lo que ya está allí. El resto está dominado por algo más misterioso. Aproximadamente el 25% es lo que los científicos llaman materia oscura, que actúa como el pegamento invisible que mantiene unidas las cosas en el universo. El 70% restante es energía oscura, que tiene el efecto contrario y separa el universo.

El punto de Encuesta de energía oscuraComo sugiere su nombre, ha sido el estudio de la naturaleza de estos dos acertijos y cómo el tira y afloja entre ellos ayudó a dar forma al universo a lo largo del tiempo, desde sus primeras etapas hasta la actualidad.

No se pueden obtener imágenes de la materia oscura y la energía oscura. Pero los científicos pueden detectarlos indirectamente midiendo su efecto sobre cómo se agrupan las galaxias, o cómo se ven como se forman.

Ahora, han revelado los resultados de los primeros tres años de observaciones. Publicado en 29 nuevos artículos, es un tesoro de datos: se observaron 226 millones de galaxias durante 345 noches. combinado con Evidencia previa Cómo era el universo temprano hace 13 mil millones de años, justo después del Big Bang, es la prueba más fuerte hasta ahora del mejor modelo actual del universo.

“Es muy emocionante, porque tenemos el poder estadístico para medir cosas que antes no podíamos medir”, dijo Troxell, quien dirigió el equipo internacional que hizo posible este resultado.

Duke Today habló con Troxel sobre el proyecto y algunas de las victorias y desafíos que encontraron en el camino:

P: Cuéntenos más sobre el mapa que se acaba de publicar. ¿qué hay de nuevo? ¿Por qué los científicos usan estos datos?

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a: Nuestro primer problema importante en cosmología como este fue en 2017 y cubrió el primer año de datos. Desde entonces, básicamente hemos aumentado el área del cielo que estamos observando en un factor de tres. Se trata de una octava parte de todo el cielo. Y estamos descubriendo objetos a una distancia de hasta nueve mil millones de años luz, aproximadamente las tres cuartas partes de la edad del universo. Así que realmente estamos haciendo una especie de película sobre la evolución del universo, cómo surgió, porque lo hemos estado viendo desde hace nueve mil millones de años hasta aproximadamente el día de hoy. Básicamente, estamos tomando fotografías de ella en diferentes etapas de su vida, verificando qué tan bien encaja con las predicciones basadas en mediciones pasadas de la infancia del universo.

P: ¿Cómo se ven las imágenes de la encuesta de energía oscura? ¿Tiene un objeto favorito en el conjunto de datos?

R: Lo que estamos haciendo aquí es realmente una bestia completamente diferente, en comparación con lo que normalmente piensas cuando piensas en astronomía. Realmente estamos buscando tantos elementos como podamos acceder para realizar este análisis estadístico. Entonces, la cámara del telescopio que usamos fue construida para medir cosas que son realmente débiles y que están lejos de nosotros. Estas imágenes cubren un área total de aproximadamente 6000 veces el tamaño de una luna llena. Dentro de cada uno de esos puntos del tamaño de una luna, hemos podido detectar y medir las formas de casi 20.000 galaxias. No puedes verlos a simple vista. La mayoría de ellos son realmente débiles, apenas por encima del límite de ruido y bastante pequeños, a veces con solo unos pocos píxeles en la cámara. Si tuviera un objeto favorito, probablemente sería una mancha pixelada.

P: Realizó la mayoría de sus análisis sin acceder a los datos reales. ¿Cómo se sintió cuando vio la respuesta por primera vez?

a: En la encuesta de energía oscura, enmascaramos intencionalmente los datos de varias maneras para que mientras creamos el análisis, mientras validamos las cosas, no tenemos acceso a los resultados reales. Así que construimos este experimento y lo trabajamos durante dos o tres años, sin mirar la respuesta real hasta que estuvimos listos para hacerlo. Se trata de evitar que los prejuicios inconscientes afecten nuestra interpretación de los resultados. Observamos los resultados finales a principios de noviembre. La forma en que funciona es que tenemos una gran llamada de Zoom, a veces 100 personas. Pero todos lo vemos al mismo tiempo. Y es una celebración de esta cooperación que ha llegado a este punto. A veces, cuando trabajas de esta manera, al final encuentras cosas sorprendentes. Esta es una ciencia y algo bueno. Encontramos algunas sorpresas en nuestros datos cuando finalmente vimos los resultados que requieren mucho trabajo para entender.

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P: ¿Qué significa esto para nuestra comprensión del universo? ¿Qué hace que este momento sea emocionante para la cosmología?

a: La encuesta de energía oscura es uno de los mayores experimentos de cosmología que se están llevando a cabo en este momento. Así que realmente estamos en esta área nueva y no probada de este tipo de trabajo. Ahora podemos extraer una gran cantidad de información de las encuestas. Y podemos ver cosas que no podíamos ver antes y medir parámetros con mayor precisión. En general, seguimos encontrando algo que se ajuste al Modelo Estándar. Y ahora, al integrar datos de diferentes experimentos, podemos poner límites más estrictos a cosas como agregaciones de materia oscura, la cantidad de materia oscura y las propiedades de la energía oscura. Este fue un logro asombroso.

P: ¿Cómo ha afectado la pandemia de COVID-19 a esta investigación?

a: Tuvimos suerte con la Encuesta de Energía Oscura, ya que completamos la recopilación de datos a fines de 2019, antes de la pandemia. Y a diferencia de otros experimentos, no teníamos que preocuparnos por estar realmente en el telescopio o hacer cosas en persona. Todo nuestro trabajo ya se realiza de forma remota, porque colaboramos en varios continentes y muchas zonas horarias.

Pero creo que todos han tenido un desafío en términos de mantener un esfuerzo en el trabajo adecuado para la habitabilidad y al mismo tiempo cuidar a las personas en casa. Especialmente para los estudiantes jóvenes que viven en países extranjeros, la inmigración y las visas son realmente críticas para mantener su estatus en el país en el que trabajan. Ha habido mucha lucha con lo relacionado con las restricciones de COVID y otros problemas. Algunas personas tuvieron que irse a casa y no pudieron regresar a su país de trabajo profesional, o terminaron en zonas horarias completamente diferentes a las que estaban acostumbradas, lo que limitó la cooperación. Muchos líderes de proyectos durante el último año han estado manejando estas situaciones estresantes y los desafíos que surgen, a veces más que la ciencia. Las cosas no siempre iban bien. Pero todos nos quedamos con eso. Y creo que logramos lo que queríamos lograr al final, a pesar de los desafíos.

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P: ¿Qué aspectos de este trabajo lo hacen activo?

a: Trabajar con todos estos maravillosos científicos de todo el mundo fue increíble. Mi trabajo de doctorado fue muy diferente a lo que estoy haciendo ahora. Tengo un doctorado. Como espectador, te sientas en tu escritorio todo el día derivando ecuaciones y haciendo lo que quieras. Un artículo de investigación típico puede tener dos o tres autores. Ahora, el artículo principal que estamos preparando, que describe los principales hallazgos cosmológicos de esta edición, tiene casi 200 autores. Entonces es un rango mucho mayor. Cuando un equipo trabaja muy bien juntos, uno al lado del otro, y persigue un objetivo común, no se siente como otro para mí.

P: ¿Cuál es el siguiente paso para la cosmología de Duke?

a: Nuestra grupo de cosmología Está creciendo rápidamente y continúa participando en la encuesta de energía oscura. Masaya Yamamoto, Ph.D. Estudiante en el grupo, ayudando a mejorar las medidas para el análisis cosmológico final. Dan Skolnick Él codirige el grupo de trabajo de supernovas en el reconocimiento y su análisis final ahora está terminado. También trabajamos con Chris Walter Acerca de la preparación para utilizar el Observatorio Vera C. Rubin. Relevamiento del patrimonio de lugar y tiempo, que se construyó en una montaña cercana en Chile y es una especie de puerta trasera para escanear la energía oscura. Este proyecto comenzará a tomar datos en 2023. Finalmente, nos estamos preparando para la cosmología usando Telescopio espacial romano Nancy J, que enviaremos a un millón de millas de la Tierra para tomar los datos. Se espera que la fecha de lanzamiento sea alrededor de 2025.

Los investigadores todavía están investigando los datos de la Dark Energy Survey para obtener información. Troxel asumirá el cargo de copresidente del Comité Científico y dirigirá la colaboración a través de sus análisis finales del legado, utilizando observaciones de encuestas que tomaron seis años completos. Lea sus últimos resultados usted mismo en https://www.darkenergysurvey.org/des-year-3-cosmology-results-papers/ .