Un nuevo observatorio pionero que construirá el mapa más preciso del universo jamás podría, en el proceso, resolver dos de los misterios más apremiantes de la ciencia: la naturaleza de la energía oscura y la materia oscura. En conjunto, estos componentes forman lo que se conoce como el universo oscuro.
El Observatorio Vera C. Rubin está actualmente en desarrollo en el pico El Peñón de la montaña Cerro Pachón en Chile y está programado para comenzar a operar en 2025. Cuando lo haga, Rubin llevará a cabo el Legacy Survey of Space and Time (LSST), observando todo el cielo visible del sur cada pocos noches mayores de 10 años. Capturará hasta 1000 imágenes del cielo en cada una de esas noches, brindando a los científicos una nueva y emocionante visión del el universo y conocimientos sobre cómo ha evolucionado.
Mientras lo hace, el amplio campo de visión de Rubin revelará cómo una red de materia oscura distorsiona imágenes de galaxias distantes, lo que permitirá a los científicos mapear mejor la misteriosa sustancia. Y, debido a que esa red cósmica a gran escala aparentemente une a las galaxias mientras energía oscura actúa para separarlos, esto podría revelar detalles de este “tira y afloja” cósmico y, por lo tanto, cómo la energía oscura y la materia oscura se han entrelazado para dar forma al cosmos.
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“Con Rubin lo vamos a tener todo”, afirmó Andrés Alejandro Plazas Malagón, científico de operaciones de Rubin. dijo en un comunicado. “Vamos a medir las propiedades de muchas más galaxias de las que tenemos ahora, lo que nos dará el poder estadístico para usar lentes débiles para mapear la distribución de la materia oscura y estudiar cómo evoluciona la energía oscura con el tiempo”.
Cómo Rubin podría arrojar luz sobre el universo oscuro
La materia oscura y la energía oscura son difíciles de estudiar para los investigadores porque, aunque representan el 95% del contenido total de energía y materia del universo (la materia oscura representa el 27% y la energía oscura representa el 68%), son esencialmente invisibles para nosotros. Esto significa las cosas que componen estrellaslos planetas y todo lo que nos rodea en el día a día (incluido nuestro cuerpo) representa solo el 5% del contenido del cosmos.
La razón por la que la materia oscura no se puede ver es que no interactúa con la luz. Por lo tanto, sólo puede inferirse por sus efectos gravitacionales sobre la luz y la materia “ordinaria” que realmente podemos ver. De hecho, esos efectos gravitacionales ayudan literalmente a mantener unido el contenido de las galaxias mientras giran, un descubrimiento realizado por un astrónomo estadounidense. Vera C. Rubin, quien presta su nombre a este nuevo y revolucionario observatorio. Y aunque la materia oscura mantiene internamente a las galaxias unidas, esas mismas galaxias también se agrupan, lo que significa que el material se extiende a una escala mucho mayor, manteniendo fuerte la estructura de nuestro universo.
La energía oscura también actúa a mayor escala, acelerando la expansión del universo, separando las galaxias más rápido (y más rápido) mientras interactúa con el tejido mismo del universo. espacio y tiempo.
“Se puede pensar que la materia oscura intenta construir estructuras cósmicas, mientras que la energía oscura en realidad intenta diluirlas y separarlas”, dijo Plazas Malagón.
La acción de la energía oscura se describe mediante la constante cosmológica, pero algunos científicos la han descrito como “la peor predicción teórica en la historia de la física”, una afirmación que tampoco es una hipérbole. constante, como lo predice la teoría cuántica de campos y tiene en cuenta todas las partículas del universo, es mayor que el valor medido por los astrónomos que realizan observaciones del cosmos: en 120 órdenes de magnitud.
Eso equivale a medir una bolsa de azúcar y descubrir que pesa 1 libra, mientras que el recuento de granos de azúcar individuales que hizo predijo que debería pesar 10^120 libras (1 seguido de 120 ceros).
Rubin podría ayudar a determinar un valor preciso para la constante cosmológica al mapear mejor la red cósmica invisible de materia oscura que abarca el universo utilizando un fenómeno llamado lente gravitacional, predicho por primera vez por Albert Einstein en su teoría de 1915 sobre relatividad general,
La relatividad general sugiere que los objetos con masa tienen un efecto de “deformación” en la estructura del universo. Cuanto mayor es la masa, más extrema es la deformación. Y a partir de esta deformación del espacio-tiempo, surge el concepto de gravedad surge.
Cuando la luz pasa por una de estas deformaciones o “abolladuras” en el espacio-tiempo, su trayectoria se curva. Esto significa que cuando un objeto de gran masa se sitúa entre Tierra y una fuente de luz distante, la luz de esa fuente de fondo puede tomar caminos alrededor del objeto interpuesto que se curvan hacia diferentes extremos en función de qué tan cerca rozan el objeto interviniente. A veces, esos caminos conducen a que la fuente de luz aparezca magnificada desde nuestro punto de vista en la Tierra. El fenómeno se conoce como “lentes gravitacionales“.
La materia oscura también tiene masa; por lo tanto, participa en esta curvatura de la luz a pesar de que la misteriosa forma de materia no interactúa con la luz. Este efecto se ha utilizado para determinar que la mayoría de las galaxias están rodeadas por un halo de materia oscura.
En casos extremos llamados “lentes fuertes”, el efecto del espacio-tiempo curvo puede hacer que los objetos aparezcan varias veces en la misma imagen o que un objeto del fondo aparezca borroso o distorsionado. Esto puede amplificar esa luz, permitiendo ver objetos distantes y débiles. Sin embargo, hay casos más sutiles de lentes gravitacionales llamados “lentes débiles” que son útiles por derecho propio.
“Si una lente fuerte es como mirar a través del fondo de una copa de vino, una lente débil es como mirar a través de una ventana grande y muy sutilmente deformada”, dijo Theo Shutt, Ph.D. de la Universidad de Stanford. candidato, dijo en el comunicado.
Las lentes débiles pueden ocurrir no sólo en los bordes de los fuertes efectos de lentes generados por un cuerpo masivo (como una galaxia o un cúmulo de estrellas), sino también como resultado de la red cósmica a gran escala de materia oscura que se cree impregna el universo. Esto provoca distorsiones sutiles de galaxias distantes que normalmente son demasiado leves para verse por sí solas, pero que son calculables cuando se considera un efecto de deformación acumulativo en varias a la vez.
En última instancia, eso significa que ver lentes débiles como resultado de la red de materia oscura del universo requiere un gran conjunto de datos de galaxias y una visión de la distorsión colectiva en el cielo.
Ahí es donde entrará Rubin.
Con un enorme campo de visión proporcionado por su telescopio de 8,4 metros, equipado con la cámara digital más grande del mundo, el observatorio podrá visualizar enormes zonas del cielo y recopilar datos sobre miles de millones de galaxias y sus formas. De hecho, Rubin podría ser tan poderoso que tiene el potencial de sugerir evidencia de que la materia y la energía oscuras no son los ingredientes correctos para el universo en absoluto, y que puede ser necesaria una teoría modificada de la gravedad para explicar el cosmos que conocemos. ver a nuestro alrededor.
“La energía oscura es un concepto que encaja con la teoría aceptada de la gravedad dentro de la teoría general de la relatividad de Einstein, pero Rubin y el LSST también nos permitirán explorar alternativas a eso, lo cual también es increíblemente emocionante”, concluyó Plazas Malagón.