La luz más antigua conocida en nuestro universo, conocida como el fondo cósmico de microondas, se emitió unos 380,000 años después del Big Bang. El diseño de esta luz reliquia contiene muchas pistas importantes para el desarrollo y distribución de estructuras a gran escala como las galaxiasy cúmulos de galaxias.
Las distorsiones en el fondo cósmico de microondas CMB, causadas por un fenómeno conocido como lentes, pueden iluminar aún más la estructura del universo e incluso pueden decirnos cosas sobre el universo misterioso e invisible, incluida la energía oscura, que se compone de68 por ciento del universo y explica su expansión acelerada, y la materia oscura, que representa aproximadamente el 27 por ciento del universo.
Coloque una copa de vino en una superficie y podrá ver cómo los efectos de lentes pueden magnificar, exprimir y estirar simultáneamente la vista de la superficie debajo de ella. En la lente del CMB, los efectos de gravedad de objetos grandes como galaxias y cúmulos de galaxiasdoble la luz CMB de diferentes maneras. Estos efectos de lentes pueden ser sutiles conocidos como lentes débiles para galaxias lejanas y pequeñas, y los programas de computadora pueden identificarlos porque interrumpen el patrón CMB regular.
Sin embargo, hay algunos problemas conocidos con la precisión de las mediciones de lentes, y particularmente con las mediciones de CMB basadas en la temperatura y los efectos de lentes asociados.
Si bien la lente puede ser una herramienta poderosa para estudiar el universo invisible, e incluso podría ayudarnos a resolver las propiedades de las partículas subatómicas fantasmales como los neutrinos, el universo es un lugar inherentemente desordenado.
Y al igual que los insectos en el parabrisas de un automóvil durante un viaje largo, el gas y el polvo que se arremolinan en otras galaxias, entre otros factores, pueden oscurecer nuestra visión y conducir a lecturas defectuosas de las lentes CMB.
Existen algunas herramientas de filtrado que ayudan a los investigadores a limitar o enmascarar algunos de estos efectos, pero estas obstrucciones conocidas continúan siendo un problema importante en los numerosos estudios que se basan en mediciones basadas en la temperatura.
Los efectos de esta interferencia con los estudios de CMB basados en la temperatura pueden conducir a mediciones de lentes erróneas, dijo Emmanuel Schaan, investigador postdoctoral y becario posdoctoral Owen Chamberlain en la División de Física del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley del Departamento de Energía Berkeley Lab.
"Puede estar equivocado y no saberlo", dijo Schaan. "Los métodos existentes no funcionan perfectamente, son realmente limitantes".
Para abordar este problema, Schaan se asoció con Simone Ferraro, miembro de división en la División de Física de Berkeley Lab, para desarrollar una forma de mejorar la claridad y precisión de las mediciones de lentes CMB al considerar por separado los diferentes tipos de efectos de lentes.
"La lente puede magnificar o desmagnificar cosas. También las distorsiona a lo largo de cierto eje para que se estiren en una dirección", dijo Schaan.
Los investigadores encontraron que cierta firma de lentes llamada cizallamiento, que causa este estiramiento en una dirección, parece en gran medida inmune a los efectos de "ruido" en primer plano que de otro modo interfieren con los datos de lentes CMB. Mientras tanto, el efecto de lentes conocido como aumento.propenso a errores introducidos por el ruido de primer plano. Su estudio, publicado el 8 de mayo en la revista Cartas de revisión física , observa una "reducción dramática" en este margen de error cuando se centra únicamente en los efectos de corte.
Las fuentes de la lente, que son objetos grandes que se interponen entre nosotros y la luz CMB, son típicamente grupos de galaxias y cúmulos que tienen un perfil más o menos esférico en los mapas de temperatura, señaló Ferraro, y el último estudio encontró que la emisión de varioslas formas de luz de estos objetos "en primer plano" solo parecen imitar los efectos de aumento en las lentes, pero no los efectos de corte.
"Entonces dijimos: 'Confiemos solo en la cizalladura y seremos inmunes a los efectos de primer plano'", dijo Ferraro. "Cuando tienes muchas de estas galaxias que son en su mayoría esféricas, y las promedias, solo contaminanla parte de aumento de la medición. Para el corte, todos los errores básicamente se han ido "
Añadió: "Reduce el ruido, lo que nos permite obtener mejores mapas. Y estamos más seguros de que estos mapas son correctos", incluso cuando las mediciones involucran galaxias muy distantes como objetos de lentes en primer plano.
El nuevo método podría beneficiar a una variedad de experimentos de topografía del cielo, las notas de estudio, incluidos los experimentos POLARBEAR-2 y Simons Array, que tienen participantes en Berkeley Lab y UC Berkeley; el proyecto del Telescopio de Cosmología de Atacama Avanzado AdvACT; y elTelescopio del Polo Sur: cámara 3G SPT-3G. También podría ayudar al Observatorio Simons y al experimento CMB multilocación de próxima generación conocido como CMB-S4. Los científicos de Berkeley Lab están involucrados en la planificación de estos dos esfuerzos..
El método también podría mejorar el rendimiento científico de los futuros estudios de galaxias, como el proyecto del Instrumento Espectroscópico de Energía Oscura DESI liderado por Berkeley Lab en construcción cerca de Tucson, Arizona, y el proyecto del Telescopio de Levantamiento Sinóptico Grande LSST en construcción en Chile,a través de análisis conjuntos de datos de estos estudios del cielo y los datos de lentes CMB.
Los conjuntos de datos cada vez más grandes de los experimentos de astrofísica han llevado a una mayor coordinación en la comparación de datos entre experimentos para proporcionar resultados más significativos. "En estos días, las sinergias entre los estudios de CMB y galaxias son un gran problema", dijo Ferraro.
En este estudio, los investigadores se basaron en datos CMB simulados de cielo completo. Usaron recursos en el Centro Nacional de Computación Científica de Investigación de Energía de Berkeley NERSC para probar su método en cada una de las cuatro fuentes diferentes de ruido en primer plano, que incluyen infrarrojos,efectos de radiofrecuencia, térmicos y de interacción electrónica que pueden contaminar las mediciones de lentes CMB.
El estudio señala que el ruido de fondo infrarrojo cósmico y el ruido de la interacción de partículas de luz CMB fotones con electrones de alta energía han sido las fuentes más problemáticas para abordar el uso de herramientas de filtrado estándar en mediciones CMB. Algunos experimentos CMB existentes y futurostrate de disminuir estos efectos tomando medidas precisas de la polarización u orientación de la firma de luz CMB en lugar de su temperatura.
"No podríamos haber hecho este proyecto sin un clúster informático como NERSC", dijo Schaan. NERSC también ha demostrado ser útil para servir otras simulaciones de universo para ayudar a prepararse para los próximos experimentos como DESI.
El método desarrollado por Schaan y Ferraro ya se está implementando en el análisis de los datos de los experimentos actuales. Una posible aplicación es desarrollar visualizaciones más detalladas de filamentos y nodos de materia oscura que parecen conectar la materia en el universo a través de un complejo y cambianteweb cósmica
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cita esta página :