Comienza la misión Dark Energy Survey, para cartografiar el cielo del hemisferio sur

04/09/2013

Con la Cámara de Energía Oscura DECam, el instrumento más poderoso construido para un cartografiado de esta índole, ha comenzado a operar el proyecto Dark Energy Survey (DES).

Los científicos del equipo de investigación cartografiarán de forma sistemática una octava parte del cielo (5000 grados cuadrados) con un detalle sin precedentes. El inicio del cartografiado es la culminación de diez años de planificación, construcción y puesta a punto de la instrumentación por parte de científicos de 25 instituciones de seis países.

El objetivo del estudio es averiguar por qué la expansión del universo se está acelerando, en lugar de frenarse debido a la gravedad, así como desentrañar el origen de la misteriosa energía oscura, la fuerza que los científicos creen responsable de esa aceleración.

"Con el inicio del cartografiado, el trabajo de más de 200 colaboradores empieza a dar sus frutos", afirma el director de DES Josh Frieman, del Laboratorio del Acelerador Nacional Fermi (Fermilab) del Departamento de Energía de EE.UU. "Es un momento emocionante en la cosmología, cuando podemos utilizar las observaciones del universo distante para mostrarnos la naturaleza fundamental de la materia, energía, espacio y tiempo."

La herramienta principal del cartografiado es la Cámara de Energía Oscura (DECam), una cámara digital de 570 megapíxeles construida en el laboratorio Fermilab en Batavia, Illinois, y montada en el telescopio Victor M. Blanco, de 4 metros, en el Observatorio Interamericano de Cerro Tololo (de la Fundación Nacional de Ciencia de Estados Unidos) en Chile. La cámara incluye 5 lentes construidas de forma muy precisa, donde una de ellas llega a tener casi un metro de diámetro, y que, en conjunto, proporcionan imágenes extremadamente nítidas sobre la totalidad de su campo de visión.

Con cada imagen instantánea, la cámara DECam, será capaz de ver la luz de más de 100.000 galaxias a hasta 8 mil millones de años luz de distancia.

La construcción de estacámara es el resultado de una colaboración internacional, en la cual han tenido una participación destacada el Institut de Ciències de l’Espai (CSIC/IEEC) y el Institut de Física d’Altes Energies (IFAE), ubicados en el campus de la Universitat Autònoma de Barcelona, así comoel CIEMAT, con la contribución de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM). El consorcio español ha jugado un papel clave en la construcción y puesta en funcionamiento de DECam, diseñando, construyendo y verificando la electrónica de alta velocidad que realiza la lectura y control de los detectores CCDs de la cámara. Además ha diseñado e implementado el software que permite que el telescopio apunte con precisión. También ha producido simulaciones a gran escala del universo que permiten desarrollar y probar los métodos de análisis científico e interpretar las observaciones. 

“Es una gran satisfacción ver cómo el trabajo de tantos años finalmente se ha materializado en esta cámara tan potente y podemos empezar ahora a cartografiar el universo para investigar sus secretos”, comenta Francisco Javier Castander del ICE (CSIC/IEEC).

En cinco años, el cartografiado obtendrá imágenes en color de 300 millones de galaxias y 100.000 cúmulos de galaxias y descubrirá 4.000 nuevas supernovas, muchas de las cuales ocurrieron cuando el universo tenía la mitad de su tamaño actual. Los datos recogidos serán analizados en el Centro Nacional para Aplicaciones de Supercomputación (NCSA) de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, y luego enviados a los científicos de la colaboración y el público.

Con las observaciones obtenidas no será posible ver de forma directa la energía oscura. Sin embargo, mediante el estudio de la expansión del universo y el crecimiento de la estructura a gran escala con el tiempo, el estudio proporcionará a los científicos las mediciones más precisas, hasta la fecha, de las propiedades de la energía oscura.

El cartografiado utilizará cuatro métodos para encontrar evidencias de la energía oscura:

·       Conteo de cúmulos de galaxias. Mientras que la gravedad atrae la masa para formar galaxias, la energía oscura la repele separándola. DECam verá la luz de 100.000 cúmulos de galaxias que se encuentran a miles de millones de años luz de distancia. Contando el número de cúmulos de galaxias en diferentes épocas permite estudiar esta competición cósmica entre la gravedad y la energía oscura

·       Medición de supernovas. Una supernova es una estrella que explota y puede llegar a ser tan brillante como toda una galaxia, compuesta de billones de estrellas. Midiendo su brillo desde la Tierra, los científicos pueden saber a qué distancia se encuentran. Esta información puede ser utilizada para determinar la rapidez con que el universo ha estado expandiéndose desde la explosión de la estrella. El cartografiado Dark Energy Survey pretende descubrir 4.000 de estas supernovas, las cuales explotaron hace miles de millones de años en galaxias que se encuentran a miles de millones de años luz de distancia.

·       Estudio de la curvatura de la luz.  Cuando la luz de las galaxias distantes que viaja por el espacio se encuentra con la materia oscura, tiende a curvarse alrededor de la misma, haciendo que las galaxias aparezcan distorsionadas en las imágenes que se obtienen con el telescopio. El estudio medirá las formas de 200 millones de galaxias, para así revelar la batalla que existe entre la gravedad y la energía oscura al dar forma a las acumulaciones de materia oscura en el espacio.

·       Uso de ondas sonoras para elaborar un mapa a gran escala de la expansión del universo con el tiempo. Cuando el universo tenía menos de 400.000 años, la interacción entre la materia y la luz generó una serie de ondas sonoras viajando a casi dos tercios de la velocidad de la luz. Estas ondas dejaron su huella en la distribución de galaxias en el universo. El Dark Energy Survey medirá las posiciones en el espacio de 300 millones de galaxias para encontrar esa huella impresa en la distribución de las galaxias y utilizar la información que proporciona para inferir la historia de la expansión cósmica.

“La combinación de estas cuatro técnicas hacen que el Dark Energy Survey tenga una capacidad única en el mundo para ayudarnos a entender el misterio de la naturaleza de la energía oscura, que es la clave para descubrir cuál será el destino final del universo”, explica Ramon Miquel, del Institut de Física d’Altes Energies (IFAE).

El proyecto del “Dark Energy Survey” está financiado por la Oficina de Ciencia del  Departamento de Energia y la Fundación Nacional de Ciencia, ambas de EE.UU, los organismos de financiación en España, el Reino Unido, Brasil, Alemania y Suiza, así como financiación de las instituciones participantes.

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