Una vista esquemática del nuevo mapa tridimensional SDSS. Click para agrandar
Los astrónomos de UC Berkeley han creado el mapa tridimensional más completo del Universo jamás publicado. Contiene 600,000 galaxias y se extiende 5.6 billones de años luz en el espacio. Este mapa permite a los astrónomos estudiar la evidencia de la energía oscura, la fuerza misteriosa que acelera la expansión del Universo.
Un equipo de astrónomos dirigido por Nikhil Padmanabhan y David Schlegel ha publicado el mapa tridimensional más grande del universo jamás construido, una porción del cosmos en forma de cuña que abarca una décima parte del cielo del norte, abarca 600,000 galaxias rojas únicas y luminosas, y se extiende 5.600 millones de años luz de profundidad en el espacio, lo que equivale al 40 por ciento del camino de regreso al Big Bang.
Schlegel es miembro de la División de Física del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley, y Padmanabhan se unirá a la División de Física del Laboratorio como miembro de Chamberlain y miembro de Hubble en septiembre; Actualmente está en la Universidad de Princeton. Ellos y sus coautores son miembros del Sloan Digital Sky Survey (SDSS), y previamente han producido mapas 3-D más pequeños utilizando el telescopio SDSS en Nuevo México para recolectar minuciosamente los espectros de galaxias individuales y calcular sus distancias midiendo sus desplazamientos al rojo.
"Lo nuevo de este mapa es que es el más grande", dice Padmanabhan, "y no depende de los espectros individuales".
El motivo principal para crear mapas tridimensionales a gran escala es comprender cómo se distribuye la materia en el universo, dice Padmanabhan. "Las galaxias más brillantes son como los faros: donde está la luz, es donde está el asunto".
Schlegel dice que "debido a que este mapa cubre distancias mucho más grandes que los mapas anteriores, nos permite medir estructuras de hasta mil millones de años luz de diámetro".
Las variaciones en la distribución galáctica que constituyen estructuras visibles a gran escala descienden directamente de las variaciones en la temperatura del fondo cósmico de microondas, lo que refleja las oscilaciones en el denso universo temprano que se han medido con gran precisión mediante experimentos con globos y el satélite WMAP.
El resultado es una "regla" natural formada por las variaciones regulares (a veces llamadas "oscilaciones bariónicas", con bariones como abreviatura de la materia ordinaria), que se repiten a intervalos de unos 450 millones de años luz.
"Desafortunadamente es una regla de tamaño inconveniente", dice Schlegel. "Tuvimos que probar un gran volumen del universo solo para ajustar la regla dentro".
Padmanabhan dice: "Aunque el universo tiene 13.700 millones de años, realmente no es mucho tiempo cuando se mide con una regla que se marca solo cada 450 millones de años luz".
La distribución de las galaxias revela muchas cosas, pero una de las más importantes es una medida de la misteriosa energía oscura que representa unas tres cuartas partes de la densidad del universo. (La materia oscura representa aproximadamente otro 20 por ciento, mientras que menos del 5 por ciento es materia ordinaria del tipo que hace galaxias visibles).
"La energía oscura es solo el término que usamos para nuestra observación de que la expansión del universo se está acelerando", comenta Padmanabhan. "Al observar dónde estaban las variaciones de densidad en el momento del fondo cósmico de microondas", solo unos 300,000 años después del Big Bang, "y ver cómo evolucionan en un mapa que cubre los últimos 5.600 millones de años, podemos ver si nuestras estimaciones de energía oscura son correctos ".
El nuevo mapa muestra que las estructuras a gran escala se distribuyen de la manera que sugerirían las ideas actuales sobre la expansión acelerada del universo. La distribución supuesta del mapa de la materia oscura, que aunque invisible es afectada por la gravedad al igual que la materia ordinaria, también se ajusta a la comprensión actual.
Lo que hizo posible el gran nuevo mapa tridimensional fue el telescopio de campo amplio del Sloan Digital Sky Survey, que cubre un campo de visión de tres grados (la luna llena es de medio grado), además de la elección de un tipo particular de galáctica. "Faro", o marcador de distancia: galaxias rojas luminosas.
"Estas son galaxias rojas muertas, algunas de las más antiguas del universo, en las que todas las estrellas de combustión rápida se han quemado hace mucho tiempo y solo quedan viejas estrellas rojas", dice Schlegel. "No solo estas son las galaxias más rojas, sino que también son las más brillantes, visibles a grandes distancias".
Los astrónomos del Sloan Digital Sky Survey trabajaron con colegas del equipo australiano de campo de dos grados para promediar el color y el desplazamiento al rojo de una muestra de 10,000 galaxias luminosas rojas, relacionando el color de la galaxia con la distancia. Luego aplicaron estas medidas a 600,000 de tales galaxias para trazar su mapa.
Padmanabhan reconoce que "existe incertidumbre estadística al aplicar una relación de brillo-distancia derivada de 10,000 galaxias luminosas rojas a las 600,000 sin medirlas individualmente. El juego que jugamos es que tenemos tantos que los promedios aún nos dan información muy útil sobre su distribución. Y sin tener que medir sus espectros, podemos mirar mucho más profundamente en el espacio ".
Schlegel está de acuerdo en que los investigadores están lejos de lograr la precisión que desean. "Pero hemos demostrado que tales mediciones son posibles, y hemos establecido el punto de partida para una regla estándar del universo en evolución".
Él dice que "el siguiente paso es diseñar un experimento de precisión, quizás basado en modificaciones al telescopio SDSS. Estamos trabajando con ingenieros aquí en Berkeley Lab para rediseñar el telescopio para hacer lo que queremos hacer ”.
"La agrupación de galaxias rojas luminosas en los datos de imágenes de Sloan Digital Sky Survey", por Nikhil Padmanabhan, David J. Schlegel, Uros Seljak, Alexey Makarov, Neta A. Bahcall, Michael R. Blanton, Jonathan Brinkmann, Daniel J. Eisenstein, Douglas P. Finkbeiner, James E. Gunn, David W. Hogg, ?? bf? Eljko Ivezić, Gillian R. Knapp, Jon Loveday, Robert H. Lupton, Robert C. Nichol, Donald P. Schneider, Michael A. Strauss, Max Tegmark y Donald G. York aparecerán en los Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society y ahora están disponibles en línea en http://arxiv.org/archive/astro-ph.
El SDSS es administrado por el Consorcio de Investigación Astrofísica para las instituciones participantes, que son el Museo Americano de Historia Natural, el Instituto Astrofísico Potsdam, la Universidad de Basilea, la Universidad de Cambridge, la Universidad Case Western Reserve, la Universidad de Chicago, la Universidad de Drexel, el Fermilab, el Instituto para Estudio avanzado, el Grupo de Participación de Japón, la Universidad Johns Hopkins, el Instituto Conjunto de Astrofísica Nuclear, el Instituto Kavli de Astrofísica de Partículas y Cosmología, el Grupo Científico Coreano, la Academia de Ciencias de China (LAMOST), el Laboratorio Nacional de Los Alamos, el Max- Planck-Institute for Astronomy (MPIA), Max-Planck-Institute for Astrophysics (MPA), New Mexico State University, Ohio State University, University of Pittsburgh, University of Portsmouth, Princeton University, United States Naval Observatory y la Universidad de Washington
El financiamiento del SDSS es provisto por la Fundación Alfred P. Sloan, las Instituciones Participantes, la Fundación Nacional de Ciencia, el Departamento de Energía de los Estados Unidos, la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio, la Monbukagakusho japonesa, la Sociedad Max Planck y el Consejo de Financiación de Educación Superior para Inglaterra. Visite el sitio web de SDSS en http://www.sdss.org/.
Berkeley Lab es un laboratorio nacional del Departamento de Energía de EE. UU. Ubicado en Berkeley, California. Realiza investigaciones científicas no clasificadas y es administrado por la Universidad de California. Visite nuestro sitio web en http://www.lbl.gov.
Fuente original: Berkeley Lab
