La Hyper Suprime-Cam topografía la materia oscura en el universo

Los estudios de lentes débiles como HSC prefieren un Universo un poco menos agrupado (izquierda) que el predicho por Planck (derecha). Las imágenes muestran la diferencia leve pero notable como se esperaba de las simulaciones de computadora grandes. Crédito: Encuesta Hyper Suprime-Cam.

Un grupo internacional de investigadores, incluyendo Rachel Mandelbaum de la Universidad Carnegie Mellon, lanzó el mapa de campo más amplio de la distribución tridimensional de la materia en el universo y aumentó la precisión de las restricciones para la energía oscura con la topografía de la Hyper Suprime-Cam (HSC). 

El universo actual es un lugar bastante abultado. A medida que el universo se expandió durante los últimos 14 mil millones de años, las galaxias y la materia oscura se han ido uniendo cada vez más por la gravedad, creando un paisaje agrupado con grandes agregados de materia separados por vacíos donde hay poca o ninguna materia. 

Hyper Suprime-Cam (HSC) es una gigantesca cámara digital para el telescopio Subaru de 8,2 m construida por el Observatorio Astronómico Nacional de Japón en colaboración con socios académicos e industriales internacionales. Debido a que el telescopio es grande, su cámara también es grande; la altura es más alta que el ser humano y sus pesos son alrededor de tres toneladas. Crédito: Proyecto HSC

La gravedad que atrae la materia también afecta la forma en que observamos los objetos astronómicos. A medida que la luz viaja desde las galaxias distantes hacia la Tierra, la atracción gravitatoria de la otra materia en su camino, incluida la materia oscura, dobla la luz. Como resultado, las imágenes de las galaxias que ven los telescopios están ligeramente distorsionadas, un fenómeno llamado lente de gravitación débil. Dentro de esas distorsiones hay una gran cantidad de información que los investigadores pueden extraer para comprender mejor la distribución de la materia en el universo, y que proporciona pistas sobre la naturaleza de la energía oscura. 

El mapa HSC, creado a partir de los datos recopilados por el telescopio Subaru de Japón ubicado en Hawai, permitió a los investigadores medir la distorsión gravitacional en imágenes de alrededor de 10 millones de galaxias. 

Imagen tridimensional de la distribución de la materia en el universo. (Crédito: Encuesta de HSC)

El telescopio Subaru les permitió ver las galaxias más atrás en el tiempo que en otras topografías similares. Por ejemplo, Dark Energy Survey analiza un área del cielo mucho más grande con un nivel de precisión similar al HSC, pero solo examina el universo cercano. HSC tiene una visión más estrecha, pero más profunda, que permitió a los investigadores ver galaxias más débiles y hacer un mapa más nítido de la distribución de la materia oscura. 

El equipo de investigación comparó su mapa con las fluctuaciones pronosticadas por la Agencia Espacial Europea. Las observaciones del satélite Planck de la radiación cósmica de fondo de microondas, radiación de los primeros días del universo. Las medidas de HSC fueron ligeramente más bajas que estas, pero estadísticamente consistentes con las de Planck. El hecho de que HSC y otras topografías de lentes débiles tengan resultados ligeramente menores que Planck plantea la tentadora pregunta de si la energía oscura realmente se comporta como la constante cosmológica de Einstein. 

"Nuestro mapa nos da una mejor idea de cuánta energía oscura hay y nos dice un poco más sobre sus propiedades y cómo está acelerando la expansión del universo", dijo Mandelbaum. "El HSC es un gran complemento para otras topografías. La combinación de datos entre proyectos será una herramienta poderosa a medida que tratamos de descubrir más y más sobre la naturaleza de la materia oscura y la energía oscura". 

(Izquierda) El mapa tridimensional de la materia oscura del Universo inferido de una de las seis áreas de observación del HSC se muestra en el fondo con varios tonos de azul (las áreas más brillantes tienen más materia oscura). El mapa se infirió a partir de las distorsiones de las formas de las galaxias en los datos de HSC que se indican con palos blancos. Las longitudes de las barras representan la cantidad de distorsión y el ángulo de la barra corresponde a la dirección de la distorsión. (Derecha) Las mediciones son habilitadas por la luz de galaxias distantes que viajan a través del Universo y son desviadas por la materia en diferentes épocas en el Universo, antes de llegar al Telescopio Subaru. (Crédito: Proyecto HSC / UTokyo)

Medir las distorsiones causadas por lentes gravitacionales débiles no es fácil. El efecto es bastante pequeño y las distorsiones en las formas de las galaxias también pueden ser causadas por la atmósfera, el telescopio y el detector. Para obtener resultados precisos y precisos, los investigadores deben saber que solo están midiendo los efectos de las lentes débiles. 

Mandelbaum, profesor asociado de física y miembro del McWilliams Center for Cosmology en Carnegie Mellon, es un experto en el control de estas distorsiones externas. Ella y su equipo crearon una simulación de imagen detallada de los datos de la topografía de HSC basados ​​en imágenes del Telescopio Espacial Hubble. A partir de estas simulaciones, pudieron aplicar correcciones a las formas de la galaxia para eliminar las distorsiones de forma causadas por efectos distintos de la lente. 

Estos resultados provienen del primer año de datos de la topografía de HSC, en total, el mapeo de HSC recopilará cinco años de datos que arrojarán incluso más información sobre el comportamiento de la energía oscura y trabajarán en otros objetivos, como estudiar la evolución de galaxias y cúmulos masivos de galaxias en el tiempo cósmico, midiendo objetos variables en el tiempo como supernovas, e incluso estudiando nuestra propia galaxia de la Vía Láctea. 

Fuente: Carnegie Mellon University, Telescopio Subaru, HSC,