A colaboração DESI está conduzindo um experimento inovador para compreender a expansão e aceleração do universo. O seu trabalho com o instrumento DESI permitiu-lhes mapear o cosmos desde as suas fases iniciais até ao presente, desafiando os modelos existentes do universo. As descobertas iniciais sugerem que pode haver mais a descobrir sobre a energia escura e a aceleração cósmica. A abordagem inovadora do projeto, incluindo uma análise totalmente cega, garante que as suas conclusões sejam baseadas em dados imparciais, abrindo caminho para futuras descobertas em astrofísica. Crédito: SciTechDaily.com
O DESI A colaboração está examinando a expansão acelerada do universo através de um mapeamento abrangente desde seus estágios iniciais até o presente. Suas descobertas desafiam os modelos cósmicos tradicionais e sugerem novos insights sobre a energia escura, ao mesmo tempo em que utilizam métodos de pesquisa inovadores e imparciais.
Uma equipe de pesquisadores, incluindo um astrofísico da Universidade do Texas em Dallas, como parte da colaboração do Instrumento Espectroscópico de Energia Escura (DESI), está liderando um experimento inovador que visa explorar a expansão e aceleração do universo.
Mustapha Ishak-Boushaki, professor de física na Escola de Ciências Naturais e Matemática (NSM) da UT Dallas, é membro da colaboração DESI, um grupo internacional de mais de 900 pesquisadores de mais de 70 instituições ao redor do mundo envolvidos em um experimento plurianual para aumentar a compreensão da história e do destino do cosmos.
Em 4 de abril, Ishak-Boushaki apresentou análises do primeiro ano de dados coletados pelo experimento DESI em uma reunião da American Physical Society em Sacramento, Califórnia, junto com outros dois cientistas do DESI. Ishak-Boushaki apresentou os resultados cosmológicos inferidos dos dados do DESI e suas implicações para o universo. Os pesquisadores também compartilharam os resultados do primeiro ano de dados coletados em vários artigos publicados no site de pré-impressão arXiv.
O papel do instrumento DESI
O instrumento DESI, localizado no Observatório Nacional Kitt Peak (KPNO), no Arizona, recolhe luz das partes mais distantes do Universo, o que permite aos cientistas mapear o cosmos tal como era na sua juventude e traçar a sua evolução até ao que é observado hoje. A compreensão de como o universo evoluiu está ligada à forma como ele termina e a um dos maiores mistérios da física: o que está por trás da observação de que a expansão do universo está se acelerando?
A análise do primeiro ano de recolha de dados do DESI confirmou os princípios básicos do que os cientistas consideram o melhor modelo do universo, mas também sugere que há mais para aprender sobre a causa, ou causas, subjacentes da aceleração cósmica, cuja descoberta levou ao Prêmio Nobel de física em 2011.
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
A aceleração cósmica é problemática porque contraria a forma como a gravidade, que faz com que os objetos com massa se aproximem, funciona no nosso sistema solar e no espaço próximo.
“A gravidade une a matéria, de modo que, quando jogamos uma bola no ar, a gravidade da Terra a puxa para baixo em direção ao planeta”, disse Ishak-Boushaki. “Mas nas maiores escalas, o universo age de maneira diferente. Está agindo como se houvesse algo repulsivo separando o universo e acelerando sua expansão. Este é um grande mistério e estamos investigando-o em diversas frentes. É uma energia escura desconhecida no universo ou é uma modificação da teoria da gravidade de Albert Einstein em escalas cosmológicas?”
Explorando a energia escura e a expansão do universo
Muitos cientistas consideram que a energia escura desempenha um papel fundamental na aceleração cósmica, mas não é bem compreendida. Alguns teorizam que é uma constante cosmológica – uma propriedade intrínseca do espaço que impulsiona a aceleração.
Para estudar os efeitos da energia escura ao longo dos últimos 11 mil milhões de anos, o grupo DESI criou o maior mapa 3D do cosmos alguma vez construído, utilizando as medições mais precisas até à data. Esta é a primeira vez que os cientistas medem a história de expansão do universo jovem com uma precisão superior a 1%.
O modelo líder do universo é conhecido como Lambda-CDM. Inclui matéria comum e um tipo de matéria que raramente interage, chamada matéria escura fria (MDL), e energia escura, conhecida como Lambda. Tanto a matéria como a energia escura moldam a forma como o universo se expande, mas de maneiras opostas. Através da atração gravitacional, a matéria e a matéria escura retardam a expansão, enquanto a energia escura a acelera. A quantidade de cada um influencia como o universo evolui. Este modelo é eficaz na validação de resultados de experimentos anteriores e na descrição da aparência do universo ao longo do tempo, disse Ishak-Boushaki.
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
No entanto, quando os resultados do primeiro ano do DESI são combinados com dados de outros estudos, existem algumas diferenças subtis em relação ao que o modelo Lambda-CDM poderia prever.
“Nossos resultados mostram alguns desvios interessantes do modelo padrão do universo que podem indicar que a energia escura está evoluindo ao longo do tempo”, disse Ishak-Boushaki. “Quanto mais dados coletarmos, mais bem equipados estaremos para determinar se essa descoberta se mantém. Com mais dados, poderemos identificar diferentes explicações para o resultado que observamos ou confirmá-lo. Se persistir, tal resultado lançará alguma luz sobre o que está a causar a aceleração cósmica e proporcionará um enorme passo na compreensão da evolução do nosso universo.”
Mais dados também melhorarão outros resultados iniciais do DESI, que avaliam a constante de Hubble – uma medida da rapidez com que o Universo se está a expandir hoje – e a massa das partículas chamadas neutrinos.
Importância da análise cega na pesquisa
DESI é o primeiro experimento espectroscópico a realizar uma análise totalmente cega, que esconde o verdadeiro resultado dos cientistas para evitar qualquer viés de confirmação subconsciente. Os pesquisadores trabalham “às cegas” com dados modificados e escrevem códigos de computador para analisar suas descobertas. Depois que tudo estiver finalizado, eles aplicam sua análise aos dados originais para revelar a resposta real.
“Dr. A pesquisa de Ishak-Boushaki e sua colaboração com cientistas de cerca de 70 instituições estão revelando insights importantes sobre o nosso universo, e os resultados são fascinantes”, disse o Dr. David Hyndman, reitor do NSM e do Distinguished University Chair Francis S. e Maurine G. Johnson. . “É inspirador ter programas de pesquisa de classe mundial na UT Dallas e ver nossos cientistas desempenharem papéis importantes em descobertas fundamentais.”
Referência: “Resultados da Cosmologia do Ano 1” por DESI Collaboration et al., 4 de abril de 2024.
O DESI foi construído e é operado com financiamento do Escritório de Ciência do Departamento de Energia (DOE) e fica no topo do Telescópio Nicholas U. Mayall de 4 metros da National Science Foundation (NSF) em KPNO, que é operado pelo NSF’s NOIRLab. O Laboratório Nacional Lawrence Berkeley do DOE gerencia o experimento DESI.
O DESI também é apoiado pelo Centro Nacional de Computação Científica de Pesquisa Energética, a principal instalação de computação do DOE Office of Science. Apoio adicional ao DESI é fornecido pela NSF; 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; o Conselho Nacional de Humanidades, Ciências e Tecnologias do México; o Ministério da Ciência e Inovação da Espanha; e 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.
