Científicos de Fermilab y Berkeley Lab construyen los mayores mapas, hasta el momento, de materia oscura usando métodos que mejorarán los estudios desde tierra.
Dos equipos de físicos de Fermilab, del Departamento de Energía de los Estados Unidos, y el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab), han tomado de forma independiente las mayores medidas directas del invisible andamiaje del universo, construyendo mapas de materia oscura usando nuevos métodos que, a su vez, eliminarán obstáculos clave en la comprensión de la energía oscura con telescopios terrestres.
Las medidas de los equipos buscan minúsculas distorsiones en las imágenes de lejanas galaxias, llamadas distorsiones diferenciales cósmicas (cosmic shear), provocadas por la influencia gravitatoria de estructuras invisibles masivas de materia oscura en primer plano. Cartografiar con precisión estas estructuras de materia oscura y su evolución a lo largo del tiempo es, probablemente, la herramienta más sensible de las pocas disponibles para los físicos en su actual esfuerzo por comprender los misteriosos efectos de estiramiento del espacio por parte de la energía oscura.
Banda 82
Ambos equipos dependían de las extensas bases de datos de imágenes cósmicas recopiladas por el Sloan Digital Sky Survey (SDSS), que se compilaron en gran parte con ayuda de Berkeley Lab y Fermilab.
“Estos resultados nos espolean para futuros estudios a gran escala del cielo. Las imágenes generadas llevaron a un cuadro en el que se ven muchas más galaxias en el universo, incluyendo aquellas seis veces más tenues, o más lejanas en el tiempo, de lo que puede observarse en las imágenes individuales”, dice Huan Lin, físico de Fermilab y miembro de SDSS y el Dark Energy Survey (DES).
Melanie Simet, miembro de la colaboración SDSS de la Universidad de Chicago, esbozará las nuevas técnicas para mejorar los mapas de distorsiones diferenciales cósmicas y explicará cómo pueden extender estas técnicas el alcance de los experimentos internacionales de estudio del cielo durante una charla en la Sociedad Astronómica Americana (AAS) en Austin, Texas. En su charla demostrará una forma única de analizar la distorsión de las galaxias por parte de la materia oscura para lograr una mejor descripción del pasado del universo.
Eric Huff, miembro de SDSS de Berkeley Lab y la Universidad de California en Berkeley, presentará un póster describiendo la medida completa de distorsión diferencial cósmica, incluyendo las restricciones sobre la energía oscura el jueves 12 de enero en la conferencia de la AAS.
Varios grandes estudios astronómicos, tales como el Dark Energy Survey, el Large Synoptic Survey Telescope, y el estudio HyperSuprimeCam, tratarán de medir la distorsión diferencial cósmica en los próximos años. Las distorsiones de lente débil son tan sutiles, no obstante, que el mismo efecto atmosférico que provoca el parpadeo de las estrellas durante la noche supone un formidable desafío para las medidas de la distorsión diferencial cósmica. Hasta ahora, ninguna medida de la distorsión diferencial cósmica realizada desde tierra ha sido capaz de separar por completo y de forma fehaciente los efectos de lente débil de las distorsiones atmosféricas.
“La comunidad ha estado trabajando desde hace unos años en las medidas de la distorsión diferencial cósmica”, dice Huff, astrónomo en Berkeley Lab, “pero también ha habido cierto escepticismo sobre si puede hacerse con la suficiente precisión para restringir la energía oscura. Demostrar que podemos lograr la precisión requerida con estos innovadores estudios es importante para la próxima generación de grandes estudios”.
Para construir mapas de materia oscura, los equipos de Berkeley Lab y Fermilab usaron imágenes de galaxias recopiladas entre 2000 y 2009 por los estudios SDSS I y II, usando el Telescopio Sloan en el Observatorio de Apache Point en Nuevo México. Las galaxias están dentro de un lazo continuo del cielo conocido como Banda SDSS 82, que se sitúa a lo largo del ecuador celeste y abarca 275 grados cuadrados. Las imágenes de la galaxia quedaron capturadas en múltiples pasadas a lo largo de muchos años.
Los dos equipos superpusieron instantáneas de un área dada, tomadas en diferentes momentos, en un proceso llamado co-adición, para eliminar los errores provocados por los efectos atmosféricos y para mejorar las señales muy tenues que proceden de partes lejanas del universo. Los equipos usaron distintas técnicas para modelar y controlar las variaciones atmosféricas y medir la señal aumentada, y han realizado una serie exhaustiva de pruebas para demostrar que estos modelos funcionan.
La gravedad tiende a arrastrar material en densas concentraciones, pero la energía oscura actúa como fuerza repulsiva que frena el colapso. De esta forma, la agrupación en los mapas de materia oscura proporciona una medida de la cantidad de energía oscura del universo.
Cuando compararon sus resultados finales antes de la reunión de la AAS, ambos equipos encontraron una estructura algo menor de lo que habían esperado a partir de otras medidas, tales como la Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP), pero según Huff, “los resultados no son lo bastante diferentes de experimentos anteriores como para hacer sonar las sirenas de alarma”.
Mientras tanto, dice Lin, “nuestros procesos de corrección de imagen deberían proporcionar una herramienta valiosa para la próxima generación de estudios de lentes débiles”.
