DESI fez o maior mapa 3D do nosso universo até hoje. A Terra está no centro desta fina fatia do mapa completo. Na seção ampliada, é fácil ver a estrutura subjacente da matéria em nosso universo. Crédito: Colaboração Claire Lamman/DESI; pacote de mapa de cores personalizado por cmastro
O instrumento espectroscópico de energia escura (DESI), montado num telescópio no Arizona, criou o maior mapa 3D do cosmos, mapeando mais de 30 milhões de galáxias e 3 milhões de quasares. Esta tarefa monumental, uma colaboração de mais de 900 investigadores, ajuda-nos a compreender a expansão do Universo e o papel da energia escura.
Temos agora o maior mapa 3D do nosso cosmos já criado, graças a um poderoso instrumento montado no topo de um telescópio no Arizona com um conjunto robótico de 5.000 “olhos” de fibra óptica que olham para o céu noturno. Nos últimos cinco anos, o Instrumento Espectroscópico de Energia Escura – conhecido nos círculos científicos como DESI – mediu os espectros de mais de 30 milhões de galáxias e 3 milhões de quasares para determinar a rapidez com que o Universo se expandiu ao longo de 11 mil milhões de anos.
O anúncio do DESI é o resultado de um esforço contínuo colaboração internacional compreendendo mais de 900 pesquisadores de mais de 70 instituições, incluindo astrônomos da UC Santa Cruz com funções de liderança no projeto.
E, no entanto, por maior que seja esta notícia, dizem que é apenas o começo.
O Instrumento Espectroscópico de Energia Escura (DESI) está montado no Telescópio Nicholas U. Mayall de 4 metros da Fundação Nacional de Ciência dos EUA no Observatório Nacional Kitt Peak. Crédito: KPNO/NOIRLab/NSF/AURA/P. Marenfeld
Descobertas pioneiras e visões futuras
“Se as tendências aqui sugeridas neste conjunto de dados do primeiro ano forem confirmadas na nossa análise do terceiro ano, esta será uma descoberta importante,” disse o cosmólogo Alexie Leauthaud, professor associado do Departamento de Astronomia e Astrofísica da UC Santa Cruz. “Este será um momento extremamente emocionante para fazer parte da colaboração DESI.”
A partir de julho, Leauthaud servirá como porta-voz do esforço – o que implica funções de organizadora líder – para que ela esteja perfeitamente posicionada para fornecer atualizações. Outros professores colaboradores da UC Santa Cruz incluem Connie Rockosi e J. Xavier Prochaska, também em Astronomia e Astrofísica.
Rockosi liderou o comissionamento do instrumento no telescópio Mayall de 4 metros no Observatório Nacional Kitt Peak, e seu papel atual é como cientista de instrumentos, ajudando a mantê-lo funcionando em sua melhor forma. Além disso, os professores dão crédito a “uma equipe fenomenal” de alunos de graduação, pós-graduação e pós-doutorado da UC Santa Cruz que estiveram profundamente envolvidos com o projeto – visitando regularmente o telescópio no Arizona para ajudar nas observações.
Desvendando os mistérios da energia escura
Conforme explicado em um anúncio do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley, onde o DESI está baseado: “Compreender como nosso universo evoluiu está ligado a como ele termina e a um dos maiores mistérios da física: a energia escura, o ingrediente desconhecido que faz com que nosso universo desapareça. expandir cada vez mais rápido.”
Esta é a primeira vez que os cientistas medem a história da expansão do universo jovem com uma precisão superior a 1% – dando-nos a nossa melhor visão de como o universo evoluiu. Os pesquisadores compartilharam a análise do primeiro ano de dados coletados em vários artigos que será postado hoje no arXiv e em palestras no encontro da American Physical Society nos Estados Unidos e no Rencontres de Moriond na Itália.
Neste vídeo de 360 graus, faça um voo interativo através de milhões de galáxias mapeadas usando dados de coordenadas do DESI. Crédito: Fiske Planetarium, CU Boulder e colaboração DESI
Sven Heydenreich, pesquisador de pós-doutorado na UC Santa Cruz, desempenha diversas funções no DESI: servindo em uma comissão para cientistas em início de carreira, realizando medições de galáxia para galáxia com o instrumento e co-liderando um grupo de trabalho que prevê diferentes cenários para uma potencial continuação da missão do DESI.
“O objetivo é medir como as galáxias DESI dobram e distorcem a luz de galáxias mais distantes localizadas atrás delas, um efeito conhecido como lente gravitacional”, disse Heydenreich, que passou uma semana no local em Kitt Peak no final de 2023. “Estes medições serão essenciais para analisar como as galáxias são influenciadas pela distribuição da matéria escura que as rodeia. Além disso, os resultados ajudarão a melhorar a nossa compreensão dos parâmetros que descrevem o nosso modelo atual da composição e evolução do Universo.”
Uma máquina do tempo de 11 toneladas
Os componentes do DESI são projetados para apontar automaticamente para conjuntos pré-selecionados de galáxias, coletar sua luz e depois dividi-la em faixas estreitas de cores para mapear com precisão sua distância da Terra e avaliar o quanto o universo se expandiu à medida que essa luz viajava até a Terra. Em condições ideais, o DESI pode percorrer um novo conjunto de 5.000 galáxias a cada 20 minutos.
Ao mapear repetidamente a distância até aos muitos milhões de galáxias e quasares espalhados por um terço da área do céu ao longo dos últimos cinco anos, o DESI está a ensinar-nos mais sobre a energia escura e a história do universo. Nosso entendimento atual é que a gravidade desacelerou a taxa de expansão no universo primitivo, mas a energia escura acelerou desde então a sua expansão.
A precisão global do DESI na história da expansão ao longo de todos os 11 mil milhões de anos é de 0,5%, e a época mais distante – cobrindo 8-11 mil milhões de anos no passado – tem uma precisão recorde de 0,82%. Essa medição do nosso jovem universo é incrivelmente difícil de fazer. No entanto, no espaço de um ano, o DESI tornou-se duas vezes mais poderoso na medição da história da expansão nestes primeiros tempos do que o seu antecessor (o BOSS/eBOSS do Sloan Digital Sky Survey), o que demorou mais de uma década.
Olhando para o mapa do DESI, é fácil ver a estrutura subjacente do universo: cadeias de galáxias agrupadas, separadas por vazios com menos objetos. Nosso universo primitivo, muito além da visão do DESI, era bem diferente: uma sopa quente e densa de partículas subatômicas movendo-se rápido demais para formar matéria estável como os átomos que conhecemos hoje. Entre essas partículas estavam núcleos de hidrogênio e hélio, chamados coletivamente de bárions.
Pequenas flutuações neste início ionizado plasma causou ondas de pressão, movendo os bárions em um padrão de ondulações semelhante ao que você veria se jogasse um punhado de cascalho em um lago. À medida que o Universo se expandia e arrefecia, formaram-se átomos neutros e as ondas de pressão pararam, congelando as ondulações em três dimensões e aumentando o agrupamento de futuras galáxias nas áreas densas. Bilhões de anos depois, ainda podemos ver esse padrão tênue de ondulações 3-D, ou bolhas, na separação característica das galáxias – uma característica chamada Oscilações Acústicas Bariônicas (BAOs).
Esta animação mostra como as oscilações acústicas bariônicas atuam como uma régua cósmica para medir a expansão do universo. Crédito: colaboração Claire Lamman/DESI e Jenny Nuss/Berkeley Lab
Os pesquisadores usam as medições do BAO como uma régua cósmica. Ao medir o tamanho aparente destas bolhas, podem determinar as distâncias à matéria responsável por este padrão extremamente ténue no céu. Mapear as bolhas BAO próximas e distantes permite aos investigadores dividir os dados em pedaços, medindo a rapidez com que o Universo se expandiu em cada momento do seu passado e modelando como a energia escura afecta essa expansão.
“Medimos a história da expansão ao longo deste enorme intervalo de tempo cósmico com uma precisão que supera todas as pesquisas BAO anteriores combinadas”, disse Hee-Jong Seo, professor da Universidade de Ohio e co-líder da análise BAO do DESI. “Estamos muito entusiasmados em saber como estas novas medições irão melhorar e alterar a nossa compreensão do cosmos. Os humanos têm um fascínio atemporal pelo nosso universo, querendo saber do que ele é feito e o que acontecerá com ele.”
Para obter mais informações sobre esses resultados, consulte Energia escura revelada por meio do maior mapa 3D do universo já feito.
O DESI é apoiado pelo DOE Office of Science e pelo National Energy Research Scientific Computing Center, uma instalação de usuário do DOE Office of Science. Apoio adicional para o DESI é fornecido pela US National Science Foundation; o Conselho de Instalações de Ciência e Tecnologia do Reino Unido; a Fundação Gordon e Betty Moore; a Fundação Heising-Simons; a Comissão Francesa de Energias Alternativas e Energia Atómica (CEA); o Conselho Nacional de Humanidades, Ciências e Tecnologias do México; o Ministério da Ciência e Inovação da Espanha; e pelas instituições membros do DESI.
A colaboração DESI tem a honra de poder conduzir pesquisas científicas em Iolkam Du’ag (Kitt Peak), uma montanha com significado particular para a nação Tohono O’odham.
