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El Dark Energy Survey cartografía un octavo del cielo en busca de energía oscura

12 enero, 2019

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Después de explorar cerca de una cuarta parte del cielo austral durante seis años y catalogar cientos de millones de galaxias distantes, el Dark Energy Survey (DES) ha finalizado este 9 de enero su toma de datos.

El proyecto DES es una colaboración internacional que comenzó a cartografiar una región del cielo de 5000 grados cuadrados de área el 31 de agosto de 2013, con el objetivo de entender la naturaleza de la energía oscura, la misteriosa fuerza que está acelerando la expansión del universo.

Los científicos de DES han tomado datos en 758 noches durante seis años, utilizando el instrumento DECam (Dark Energy Camera), una cámara digital de 520 megapíxeles financiada por el Departamento de Energía (DoE) de los Estados Unidos y el Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades de España, entre otros organismos internacionales.

Investigadores del Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT), el Institut de Ciències de l’Espai (ICE-CSIC) junto al Institut d’Estudis Espacials de Catalunya (IEEC), el Institut de Física d’Altes Energies (IFAE) y el Instituto de Física Teórica (UAM-CSIC) integran la contribución española al proyecto, DES-Spain.

La cámara está montada en el telescopio Blanco, de 4 metros, situado en el Observatorio Interamericano de Cerro Tololo, en los Andes chilenos, y perteneciente a la National Science Foundation de EE UU. La colaboración DES-Spain tuvo una destacada aportación a su construcción, ya que fue responsable del diseño, la verificación, la construcción y la instalación de la mayor parte de la electrónica de lectura.

Durante todas estas noches, los científicos han acumulado datos de más de 300 millones de galaxias distantes. Más de 400 científicos de 26 instituciones de todo el mundo contribuyen a la realización de este proyecto, que está liderado por Fermilab (Fermi National Accelerator Laboratory) del DoE. La colaboración ha producido ya más de 200 artículos científicos, y todavía publicará muchos más.

DES es uno de los cartografiados más sensibles y exhaustivos que se hayan realizado jamás. DECam es capaz de ver la luz de galaxias que están a miles de millones de años-luz, con una calidad sin precedentes.

Cámara DECam montada en el telescopio Blanco. El espejo principal del telescopio, visible frente a la cámara, tiene 4m de diámetro. La electrónica de la cámara, construida por CIEMAT e IFAE, se encuentra en el interior de las cajas de aluminio de la parte superior. / DES Collaboration y Fermilab

El cartografiado ha generado 50 terabytes (es decir, 50 millones de megabytes) de datos durante sus seis años de observación. Estos datos se almacenan en el National Center for Supercomputing Applications (NCSA), en la Universidad de Illinois.

Ahora, el trabajo de analizar estos datos se convierte en la actividad central de la colaboración. DES ya ha publicado una serie completa de artículos científicos basados en los datos tomados el primer año, y los científicos se encuentran ahora completamente concentrados en el análisis del riquísimo conjunto de imágenes catalogadas de los tres primeros años, buscando nuevas pistas acerca de la naturaleza de la energía oscura.

“DES es el primer gran cartografiado de galaxias que estudiará en detalle las propiedades de la energía oscura. Ha sido un gran éxito haber recogido este enorme y preciso conjunto de datos. Ahora queda analizarlos. Quizá contengan la señal de algún descubrimiento importante”, dice Eusebio Sánchez, el investigador responsable de DES en el CIEMAT.

Por su parte, Enrique Gaztañaga, el científico responsable de DES en el ICE (IEEC/CSIC) apunta: “DES-Spain fue la primera colaboración internacional en fundar DES hace más de 15 años. En ese tiempo hemos tenido la oportunidad de ganar experiencia en aspectos muy distintos en un proyecto de primera línea internacional”.

“Estos abarcan la instrumentación, organización, financiación y ciencia –añade–. Fue nuestro primer proyecto juntos y ha sido la semilla para que el equipo de DES-Spain haya sido capaz de abordar nuevos retos. Iniciar e incluso  liderar otros proyectos igualmente ambiciosos, como Euclid (euclid-ec.org), PAUS (pausurvey.org) o DESI (desi.lbl.org)”.

Presentación en el congreso de la Sociedad Astronómica de EE UU

La colaboración DES continuará publicando resultados a partir de los datos almacenados. Los científicos han presentado los más recientes en una sesión especial celebrada recientemente en la reunión de invierno de la American Astronomical Society en Seattle.

Algunos de los resultados científicos más destacados obtenidos por DES hasta ahora son: la medida más precisa de la estructura de la materia oscura en el universo, que, cuando se compara con los resultados obtenidos con la radiación cósmica de fondo, permite a los científicos reconstruir la evolución del cosmos; el descubrimiento de muchas nuevas galaxias enanas satélites de la nuestra, la Vía Láctea, lo que proporciona nuevos test de las teorías actuales acerca de la materia oscura; y la creación del mapa más exacto nunca obtenido de la materia oscura en el universo.

También el descubrimiento de la supernova más distante conocida; la distribución pública de los datos de los tres primeros años del cartografiado, lo que permite a los astrónomos de todo el mundo realizar descubrimientos adicionales; y la primera contrapartida óptica a un evento de emisión de ondas gravitacionales, en una colisión de dos estrellas de neutrones que ocurrió hace 130 millones de años. DES fue uno de los cartografiados del cielo que detectó con luz visible la fuente de las ondas gravitacionales, lo que abre la puerta a una nueva clase de astronomía.

Un duro test para el modelo cosmológico

“Con el análisis de sólo una quinta parte de sus datos, DES ya ha conseguido las medidas cosmológicas más precisas hasta la fecha. Con el análisis de todos los datos, en los próximos años someterá al modelo cosmológico en vigor, que asume que la energía oscura es debida a la constante cosmológica, propuesta y luego descartada  por  Einstein,  al  más  duro  test  al  que  jamás se ha enfrentado”,  indica Ramon Miquel, investigador principal de DES en el IFAE.

Por su parte, Juan García-Bellido, investigador principal de DES en el IFT, considera que es emocionante “haber podido participar, gracias a DECam, en un descubrimiento como el de la Kilonova, que inició una nueva era, la de la astronomía de multimensajeros, y que ha permitido determinar de forma independiente el ritmo de expansión del universo”.

Recientemente, DES ha publicado sus primeros resultados cosmológicos basados en supernovas (207 de ellas con seguimiento espectroscópico de los 3 primeros años de datos), utilizando un método que proporcionó la primera evidencia de la aceleración cósmica hace 20 años. Muchos nuevos resultados cosmológicos, más exhaustivos y precisos, se publicarán en  los próximos años.

Los científicos de DES-Spain han tenido y tienen un papel muy destacado en el análisis de los datos. En los resultados cosmológicos obtenidos hasta la fecha, investigadores del IFAE han sido líderes en la determinación de la distancia a las galaxias, que es un elemento esencial para poder interpretar las observaciones realizadas, así como en el estudio de las correlaciones entre las posiciones de galaxias cercanas y la forma de galaxias lejanas.

El ICE ha participado en la creación de mapas de materia oscura, las simulaciones y el estudio de agrupamiento de galaxias. El IFT ha construido catálogos sintéticos para el estudio de errores sistemáticos y las matrices de covariancia. El CIEMAT ha sido uno de las instituciones responsables de la construcción de los catálogos de galaxias y del estudio del agrupamiento de las mismas, una de las pruebas utilizadas para obtener los resultados cosmológicos.

La tarea de acumular tal cantidad de datos no es pequeña. A lo largo del cartografiado, se requirió a cientos de científicos para que hicieran funcionar la cámara durante varias noches, por turnos, con la ayuda de los técnicos del observatorio. Para organizar este esfuerzo, DES adoptó algunos de los métodos utilizados en los experimentos de física de partículas, en los que toda persona que trabaje en el experimento colabora de alguna manera en su operación.

DECam permanecerá montada en el telescopio Blanco de Cerro Tololo durante 5 o 10 años más, y continuará siendo un instrumento de enorme utilidad para colaboraciones de todo el mundo.

La colaboración DES se centrará ahora en la producción de nuevos resultados usando los 6 años de datos, incluyendo nuevas observaciones sobre la energía oscura. Aunque una era toca a su fin para DES, la siguiente era del cartografiado no ha hecho más que empezar.

 

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