Tecnologia Científica

A pesquisa de energia escura lança 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 cosmológico padrão.
Por Amanda Kocz - 29/05/2021


Dez áreas no céu foram selecionadas como "campos profundos" que a Dark Energy Camera fotografou várias vezes durante a pesquisa, fornecendo um vislumbre de galáxias distantes e ajudando a determinar sua distribuição 3D no cosmos. A imagem está repleta de galáxias - na verdade, quase todos os objetos nesta imagem são galáxias. Algumas exceções incluem algumas dúzias de asteróides, bem como alguns punhados de estrelas em primeiro plano em nossa Via Láctea. 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 científicos, o Dark Energy Survey examina os maiores mapas de distribuição e formas de galáxias, estendendo-se por mais de 7 bilhões 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 cosmológico padrão. 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 galáxias já observada em quase um oitavo do céu para produzir as medições mais precisas até o momento da composição e crescimento do universo.

DES faz imagens do céu noturno usando a câmera de energia escura de 570 megapixels no telescópio de 4 metros Víctor M. Blanco da National Science Foundation no Observatório Interamericano de Cerro Tololo (CTIO) no Chile, um programa do NOIRLab da NSF. Uma das câmeras digitais mais poderosas do mundo, a Dark Energy Camera foi projetada especificamente para DES. Foi financiado pelo Departamento de Energia (DOE) e foi construído 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 céu - 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 galáxias observadas ao longo de 345 noites - para criar os maiores e mais precisos mapas da distribuição de galáxias no universo em épocas relativamente recentes. Os dados DES foram processados ​​no National Center for Supercomputing Applications da University of Illinois at Urbana-Champaign.

"O NOIRLab é um 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 é usada para programas que abrangem uma vasta gama de ciências, incluindo cosmologia. O arquivo científico Dark Energy Camera, incluindo o DES Data Release 2 no qual esses resultados se baseiam, é organizado pelo Community Science and Data Center (CSDC), um programa do NOIRLab da NSF. O CSDC fornece sistemas de software, serviços ao usuário e iniciativas de desenvolvimento para conectar e apoiar as missões científicas dos telescópios do NOIRLab, incluindo o telescópio Blanco no CTIO.

Uma vez que o DES estudou galáxias próximas, bem como aqueles bilhões de anos-luz de distância, seus mapas fornecem um instantâneo da atual estrutura em grande escala do universo e uma visão de como essa estrutura evoluiu nos últimos 7 bilhões 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, é responsável por cerca de 70%. Os últimos 25% são matéria escura , cuja influência gravitacional une as galáxias. Tanto a matéria escura quanto a energia escura permanecem invisíveis. DES procura iluminar sua natureza estudando como a competição entre eles molda a estrutura em grande escala do universo ao longo do tempo cósmico.

A câmera Dark Energy Survey (DECam) na sala limpa do SiDet. A Dark Energy Camera
Departamento de Energia (DOE) e foi construído 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 fenômenos. Primeiro, em grandes escalas, as galáxias não são distribuídas aleatoriamente pelo espaço, mas formam uma estrutura semelhante a uma teia que se deve à gravidade da matéria escura. DES mediu como esta teia cósmica evoluiu ao longo da história do universo. O aglomerado de galáxias que forma a teia cósmica, por sua vez, revelou regiões com maior densidade de matéria escura.

Em segundo lugar, o DES detectou a assinatura da matéria escura por meio de lentes gravitacionais fracas. À medida que a luz de uma galáxia distante viaja pelo espaço, a gravidade da matéria comum e escura no primeiro plano pode dobrar seu caminho, como se através de uma lente, resultando em uma imagem distorcida da galáxia vista da Terra. Ao estudar como as formas aparentes das galáxias distantes estão alinhadas umas com as outras e com as posições das galáxias 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 observatório orbital de Planck da Agência Espacial Européia. Planck usou luz conhecida como fundo de micro-ondas cósmico para espiar até o início do universo, apenas 400.000 anos após o Big Bang. Os dados do Planck fornecem uma visão precisa do universo 13 bilhões de anos atrás, e o modelo cosmológico padrão prevê como a matéria escura deve evoluir até o presente.

Combinado com resultados anteriores, o DES fornece o teste mais poderoso do melhor modelo atual do universo até o momento, e os resultados são consistentes com as previsões do modelo padrão de cosmologia. No entanto, permanecem indícios do DES e de várias pesquisas anteriores de galáxias de que o universo hoje é um pouco menos acidentado do que o previsto.

Dez regiões do céu foram escolhidas como "campos profundos" que a Dark Energy Camera fotografou repetidamente ao longo da pesquisa. O empilhamento dessas imagens permitiu aos cientistas vislumbrar galáxias mais distantes . A equipe então usou as informações de redshift dos campos profundos para calibrar o resto da região 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 céu noturno em 2019. Com a experiência adquirida com a análise da primeira metade dos dados, a equipe está agora 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 sete países.

"A colaboração é notavelmente jovem. Está fortemente inclinada na direção de pós-doutorandos e estudantes de graduação que estão fazendo uma grande parte desse trabalho", disse o diretor e porta-voz do DES, Rich Kron, que é cientista do Fermilab e da Universidade de Chicago. "Isso é realmente gratificante. Uma nova geração de cosmologistas está sendo treinada usando o Dark Energy Survey."

Os métodos desenvolvidos pela equipe abriram caminho para futuras pesquisas do céu, 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 telescópio Blanco da NSF criou o cenário para as notáveis ​​descobertas que virão com o Observatório Rubin na próxima década."

 

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