Un equipo de investigación de múltiples institutos, incluido el Observatorio Astronómico Nacional de Japón y la Universidad de Tokio, lanzó un mapa de materia oscura sin precedentes, ancho y nítido basado en los datos de imágenes recién obtenidos por Hyper Suprime-Cam en el Telescopio Subaru. La materia oscurala distribución se estima mediante la técnica de lente gravitacional débil. El equipo localizó las posiciones y las señales de lente de los halos de materia oscura y encontró indicios de que el número de halos podría ser inconsistente con lo que sugiere el modelo cosmológico más simple. Esto podría ser una nueva pista para entenderpor qué la expansión del Universo se está acelerando.
Misterio del universo acelerado
En la década de 1930, Edwin Hubble y sus colegas descubrieron la expansión del Universo. Esta fue una gran sorpresa para la mayoría de las personas que creían que el Universo permaneció igual durante toda la eternidad. Una fórmula que relaciona la materia y la geometría del espacio-tiempose requería para expresar matemáticamente la expansión del Universo. Casualmente, Einstein ya había desarrollado tal fórmula. La cosmología moderna se basa en la teoría de la gravedad de Einstein.
Se había pensado que la expansión se está desacelerando con el tiempo porque los contenidos del Universo materia se atraen entre sí. Pero a fines de la década de 1990, se descubrió que la expansión se había acelerado desde hace unos 8 Giga años atrás.Otra gran sorpresa que le valió a los astrónomos que encontraron la expansión un Premio Nobel en 2011. Para explicar la aceleración, tenemos que considerar algo nuevo en el Universo que repele el espacio.
La resolución más simple es volver a colocar la constante cosmológica en la ecuación de Einstein. La constante cosmológica fue introducida originalmente por Einstein para realizar un universo estático, pero fue abandonada después del descubrimiento de la expansión del Universo. El modelo cosmológico estándar llamado LCDM incorpora la constante cosmológica. LCDM es compatible con muchas observaciones, pero la cuestión de qué causa la aceleración aún permanece. Este es uno de los mayores problemas en la cosmología moderna.
Encuesta de imágenes amplias y profundas con Hyper Suprime-Cam
El equipo lidera una encuesta de imágenes a gran escala utilizando Hyper Suprime-Cam HSC para investigar el misterio del Universo acelerado. La clave aquí es examinar la historia de expansión del Universo con mucho cuidado.
En el Universo temprano, la materia se distribuía casi pero no de manera uniforme. Hubo ligeras fluctuaciones en la densidad que ahora se pueden observar a través de las fluctuaciones de temperatura del fondo cósmico de microondas. Estas ligeras fluctuaciones de materia evolucionaron a lo largo del tiempo cósmico debido a la mutuaatracción gravitacional de la materia, y eventualmente la estructura a gran escala del Universo actual se hace visible. Se sabe que la tasa de crecimiento de la estructura depende en gran medida de cómo se expande el Universo. Por ejemplo, si la tasa de expansión es alta, es difícilpara que la materia se contraiga y se suprima la tasa de crecimiento. Esto significa que el historial de expansión se puede probar inversamente a través de la observación de la tasa de crecimiento.
Es importante tener en cuenta que la tasa de crecimiento no se puede probar bien si solo observamos la materia visible estrellas y galaxias. Esto se debe a que ahora sabemos que casi el 80% de la materia es una sustancia invisible llamada materia oscura. El equipo adoptóla 'técnica de lente de gravitación débil'. Las imágenes de galaxias distantes están ligeramente distorsionadas por el campo gravitacional generado por la distribución de materia oscura en primer plano. El análisis de la distorsión sistemática nos permite reconstruir la distribución de materia oscura en primer plano.
Esta técnica es observacionalmente muy exigente porque la distorsión de cada galaxia es generalmente muy sutil. Se requieren medidas precisas de forma de galaxias débiles y aparentemente pequeñas. Esto motivó al equipo a desarrollar Hyper Suprime-Cam. Han estado llevando a cabo un amplio campoencuesta de imágenes con Hyper Suprime-Cam desde marzo de 2014. Al momento de escribir esto en febrero de 2018, se completó el 60% de la encuesta.
Mapa de materia oscura sin precedentes, ancho y nítido
El equipo ahora presenta el mapa de materia oscura basado en los datos de imágenes tomados en abril de 2016. Esto es solo el 11% del mapa final planificado, pero ya es sin precedentes de ancho. Nunca ha habido un mapa de materia oscura tan nítido que cubraun área tan amplia
Las observaciones de imagen se realizan a través de cinco filtros de color diferentes. Al combinar estos datos de color, es posible hacer una estimación aproximada de las distancias a las galaxias de fondo tenues llamado desplazamiento al rojo fotométrico. Al mismo tiempo, la eficiencia de la lente se vuelve másprominente cuando la lente se ubica directamente entre la galaxia distante y el observador. Usando la información fotométrica de desplazamiento al rojo, las galaxias se agrupan en contenedores de desplazamiento al rojo. Usando esta muestra de galaxia agrupada, la distribución de la materia oscura se reconstruye utilizando métodos tomográficos y, por lo tanto, se puede obtener la distribución 3DLos datos de 30 grados cuadrados se utilizan para reconstruir el rango de desplazamiento al rojo entre 0.1 ~ 1.3 G años luz y 1.0 ~ 8 G años luz. Al desplazamiento al rojo de 1.0, el rango angular corresponde a 1.0 G x 0.25 Gaños luz. Este mapa de masa de materia oscura en 3D también es bastante nuevo. Esta es la primera vez que el aumento en el número de halos de materia oscura a lo largo del tiempo se puede observar observacionalmente
Lo que sugiere el conteo de halo de materia oscura y las perspectivas futuras
El equipo contó el número de halos de materia oscura cuya señal de lente está por encima de cierto umbral. Esta es una de las medidas más simples de la tasa de crecimiento. Se sugiere que el recuento de números de los halos de materia oscura sea menor de lo esperadode LCDM. Esto podría indicar que hay una falla en LCDM y que podríamos tener que considerar una alternativa en lugar de la simple constante cosmológica Nota 1.
Sin embargo, la significación estadística sigue siendo limitada como sugieren las grandes barras de error. No ha habido evidencia concluyente para rechazar LCDM, pero muchos astrónomos están interesados en probar LCDM porque las discrepancias pueden ser una sonda útil para descubrir el misterio de la aceleraciónUniverso. Se necesitan más observaciones y análisis para confirmar la discrepancia con mayor importancia. Hay algunas otras sondas de la tasa de crecimiento y tales análisis también están en marcha por ejemplo, correlación angular de formas de galaxias en el equipo para verificar la validez del LCDM estándar.
Nota 1: se sabe que el espacio vacío tiene energía causada por efectos cuánticos y este es un candidato para la fuente de la constante cosmológica. Sin embargo, la densidad de energía de la constante cosmológica es muchos órdenes de magnitud más débil de lo que se predeciríaen esta "energía de vacío" y es difícil conciliar la discrepancia. Los astrónomos comenzaron a considerar la existencia de algún otro mecanismo físico para explicar la densidad de energía, ese concepto ahora se llama energía oscura. La densidad de energía puede cambiar con el tiempo en esta generalización.Si la energía oscura fuera más fuerte en el pasado, la aceleración habría sido más significativa y habría suprimido la tasa de crecimiento. Esto resultaría en menos halos de materia oscura.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Institutos Nacionales de Ciencias Naturales . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cita esta página :