Tecnologia Científica

A pesquisa de energia escura lana§a um olhar mais preciso sobre a evolução do universo
A análise extraordinariamente precisa, que inclui dados dos primeiros três anos da pesquisa, contribui para o teste mais poderoso do melhor modelo atual do universo, o modelo cosmola³gico padra£o.
Por Amanda Kocz - 29/05/2021


Dez áreas no canãu foram selecionadas como "campos profundos" que a Dark Energy Camera fotografou várias vezes durante a pesquisa, fornecendo um vislumbre de gala¡xias distantes e ajudando a determinar sua distribuição 3D no cosmos. A imagem estãorepleta de gala¡xias - na verdade, quase todos os objetos nesta imagem são gala¡xias. Algumas exceções incluem algumas daºzias de astera³ides, bem como alguns punhados de estrelas em primeiro plano em nossa Via La¡ctea. Crédito: Dark Energy Survey / DOE / FNAL / DECam / CTIO / NOIRLab / NSF / AURAAgradecimentos: TA Reitor (University of Alaska Anchorage / NSF's NOIRLab), M. Zamani (NSF's NOIRLab) e D. de Martin (NSF's NOIRLab)

Em 29 novos artigos cienta­ficos, o Dark Energy Survey examina os maiores mapas de distribuição e formas de gala¡xias, estendendo-se por mais de 7 bilhaµes de anos-luz em todo o universo. A análise extraordinariamente precisa, que inclui dados dos primeiros três anos da pesquisa, contribui para o teste mais poderoso do melhor modelo atual do universo, o modelo cosmola³gico padra£o. No entanto, as dicas permanecem de dados anteriores do DES e outros experimentos que importam no universo hoje são um pouco menos desajeitados do que o previsto.

Novos resultados do Dark Energy Survey (DES) usam a maior amostra de gala¡xias já observada em quase um oitavo do canãu para produzir as medições mais precisas atéo momento da composição e crescimento do universo.

DES faz imagens do canãu noturno usando a ca¢mera de energia escura de 570 megapixels no telesca³pio de 4 metros Va­ctor M. Blanco da National Science Foundation no Observatório Interamericano de Cerro Tololo (CTIO) no Chile, um programa do NOIRLab da NSF. Uma das ca¢meras digitais mais poderosas do mundo, a Dark Energy Camera foi projetada especificamente para DES. Foi financiado pelo Departamento de Energia (DOE) e foi construa­do e testado no Fermilab do DOE.

Ao longo de seis anos, de 2013 a 2019, o DES usou 30% do tempo no Telescópio Blanco e pesquisou 5.000 graus quadrados - quase um oitavo de todo o canãu - em 758 noites de observação, catalogando centenas de milhões de objetos . Os resultados anunciados hoje baseiam-se em dados dos primeiros três anos - 226 milhões de gala¡xias observadas ao longo de 345 noites - para criar os maiores e mais precisos mapas da distribuição de gala¡xias no universo em anãpocas relativamente recentes. Os dados DES foram processados ​​no National Center for Supercomputing Applications da University of Illinois at Urbana-Champaign.

"O NOIRLab éum anfitrião orgulhoso e membro da colaboração DES", disse Steve Heathcote, Diretor Associado da CTIO. "Tanto durante quanto após a pesquisa, a Dark Energy Camera tem sido uma escolha popular para a comunidade e os astrônomos chilenos."

Atualmente, a Dark Energy Camera éusada para programas que abrangem uma vasta gama de ciências, incluindo cosmologia. O arquivo cienta­fico Dark Energy Camera, incluindo o DES Data Release 2 no qual esses resultados se baseiam, éorganizado pelo Community Science and Data Center (CSDC), um programa do NOIRLab da NSF. O CSDC fornece sistemas de software, servia§os ao usua¡rio e iniciativas de desenvolvimento para conectar e apoiar as missaµes cienta­ficas dos telesca³pios do NOIRLab, incluindo o telesca³pio Blanco no CTIO.

Uma vez que o DES estudou gala¡xias próximas, bem como aqueles bilhaµes de anos-luz de distância, seus mapas fornecem um instanta¢neo da atual estrutura em grande escala do universo e uma visão de como essa estrutura evoluiu nos últimos 7 bilhaµes de anos.
 
A matéria comum representa apenas cerca de 5% do universo. A energia escura, que os cosmologistas acreditam que impulsiona a expansão acelerada do universo ao neutralizar a força da gravidade, éresponsável por cerca de 70%. Os últimos 25% são matéria escura , cuja influaªncia gravitacional une as gala¡xias. Tanto a matéria escura quanto a energia escura permanecem invisa­veis. DES procura iluminar sua natureza estudando como a competição entre eles molda a estrutura em grande escala do universo ao longo do tempo ca³smico.

A ca¢mera Dark Energy Survey (DECam) na sala limpa do SiDet. A Dark Energy Camera
Departamento de Energia (DOE) e foi construa­do e testado no Fermilab
do DOE. Crédito: DOE / FNAL / DECam / R. Hahn /
CTIO / NOIRLab / NSF / AURA

Para quantificar a distribuição da matéria escura e o efeito da energia escura, o DES se baseou principalmente em dois fena´menos. Primeiro, em grandes escalas, as gala¡xias não são distribua­das aleatoriamente pelo Espaço, mas formam uma estrutura semelhante a uma teia que se deve a  gravidade da matéria escura. DES mediu como esta teia ca³smica evoluiu ao longo da história do universo. O aglomerado de gala¡xias que forma a teia ca³smica, por sua vez, revelou regiaµes com maior densidade de matéria escura.

Em segundo lugar, o DES detectou a assinatura da matéria escura por meio de lentes gravitacionais fracas. Amedida que a luz de uma gala¡xia distante viaja pelo Espaço, a gravidade da matéria comum e escura no primeiro plano pode dobrar seu caminho, como se atravanãs de uma lente, resultando em uma imagem distorcida da gala¡xia vista da Terra. Ao estudar como as formas aparentes das gala¡xias distantes estãoalinhadas umas com as outras e com as posições das gala¡xias próximas ao longo da linha de visão, os cientistas do DES foram capazes de inferir a aglomeração da matéria escura no universo.

Para testar o modelo atual do universo pelos cosmologistas, os cientistas do DES compararam seus resultados com medições do observata³rio orbital de Planck da Agência Espacial Europanãia. Planck usou luz conhecida como fundo de micro-ondas ca³smico para espiar atéo ini­cio do universo, apenas 400.000 anos após o Big Bang. Os dados do Planck fornecem uma visão precisa do universo 13 bilhaµes de anos atrás, e o modelo cosmola³gico padrãoprevaª como a matéria escura deve evoluir atéo presente.

Combinado com resultados anteriores, o DES fornece o teste mais poderoso do melhor modelo atual do universo atéo momento, e os resultados são consistentes com as previsaµes do modelo padrãode cosmologia. No entanto, permanecem inda­cios do DES e de várias pesquisas anteriores de gala¡xias de que o universo hoje éum pouco menos acidentado do que o previsto.

Dez regiaµes do canãu foram escolhidas como "campos profundos" que a Dark Energy Camera fotografou repetidamente ao longo da pesquisa. O empilhamento dessas imagens permitiu aos cientistas vislumbrar gala¡xias mais distantes . A equipe então usou as informações de redshift dos campos profundos para calibrar o resto da regia£o de pesquisa. Este e outros avanços em medições e modelagem, juntamente com um aumento de três vezes nos dados em comparação com o primeiro ano, permitiram que a equipe identificasse a densidade e aglomeração do universo com uma precisão sem precedentes.

O DES concluiu suas observações do canãu noturno em 2019. Com a experiência adquirida com a análise da primeira metade dos dados, a equipe estãoagora preparada para lidar com o conjunto de dados completo. A análise final do DES deve pintar uma imagem ainda mais precisa da matéria escura e da energia escura no universo .

A colaboração do DES consiste em mais de 400 cientistas de 25 instituições em setepaíses.

"A colaboração énotavelmente jovem. Esta¡ fortemente inclinada na direção de pa³s-doutorandos e estudantes de graduação que estãofazendo uma grande parte desse trabalho", disse o diretor e porta-voz do DES, Rich Kron, que écientista do Fermilab e da Universidade de Chicago. "Isso érealmente gratificante. Uma nova geração de cosmologistas estãosendo treinada usando o Dark Energy Survey."

Os manãtodos desenvolvidos pela equipe abriram caminho para futuras pesquisas do canãu, como a Pesquisa Legado do Observatório Rubin de Espaço e Tempo. “O DES mostra que a era dos grandes levantamentos de dados começou bem e de verdade”, observa Chris Davis, Diretor de Programa da NSF para NOIRLab. "DES no telesca³pio Blanco da NSF criou o cena¡rio para as nota¡veis ​​descobertas que vira£o com o Observatório Rubin na próxima década."

 

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