Un mapa del universo de alta resolución que desafía la cosmología tradicional

El análisis de un nuevo mapa de alta resolución de millones de galaxias indica un conflicto con el modelo estándar de cosmología conocido como modelo ΛCDM. La semana pasada, en Reunión de abril de APS En Sacramento, California, la Colaboración de Espectroscopia de Energía Oscura (DESI) informa que sus resultados favorecen un modelo en el que la energía oscura (la fuerza que acelera la expansión del universo) tiene propiedades que cambian con el tiempo. [1]. Los investigadores han propuesto anteriormente versiones de energía oscura que contradicen la suposición de propiedades constantes de ΛCDM, pero los nuevos resultados son la mejor indicación hasta ahora de que estas ideas pueden estar en el camino correcto. La discrepancia informada con ΛCDM carece de significación estadística para afirmar que se ha descubierto, por lo que la colaboración DESI se mantiene cautelosa sobre su importancia hasta que tengan más datos. Pero otros expertos esperan que los teóricos comiencen inmediatamente a proponer revisiones al ΛCDM.

«Creo que es muy emocionante para ellos ver evidencia de algo que va más allá del criterio ΛCDM», dice el cosmólogo Rocky Kolb de la Universidad de Chicago. «Tenemos un modelo estándar del que estamos muy orgullosos y todo el mundo quiere romperlo para ver qué hay detrás, y quizás este sea el primer indicio de su desintegración».

DESI está diseñado para medir las propiedades de la energía oscura mediante un mapeo del universo con una precisión sin precedentes (consulte el artículo: La cosmología de la energía oscura marca el comienzo de una nueva era y Noticias de investigación: el instrumento de espectroscopia de energía oscura publica los primeros datos). El instrumento está instalado en un telescopio en Kitt Peak, Arizona, y puede recopilar imágenes simultáneas de 5.000 fibras ópticas colocadas robóticamente, lo que permitirá la observación de decenas de millones de objetivos astronómicos durante cinco años. El valor de los datos del primer año, que fueron la base de los nuevos hallazgos, excedieron la cantidad y precisión de 10 años de datos de sus predecesores, las encuestas BOSS y eBOSS, dice un portavoz de DESI Collaboration, Kyle Dawson. De la Universidad de Utah.

DESI mide los últimos 11 mil millones de años de expansión del universo gracias a un dato de tamaño, o «regla estándar», impreso en el universo como una medida distinta en el cúmulo de galaxias. El regente estándar se estableció al comienzo del universo, cuando las ondas sonoras produjeron regiones con una densidad de materia superior a la media que sirvieron como semillas para la formación de galaxias, lo que condujo a una separación favorable entre pares de galaxias. Al medir la separación entre galaxias en diferentes momentos a lo largo de la historia cósmica, los investigadores pueden determinar cómo la expansión del universo extendió el tamaño aparente de una regla estándar. Esta separación favorecida de galaxias distantes es «una señal muy débil», dice Dawson. «Por eso necesitamos muchas galaxias para poder descubrirlas».

DESI ha cartografiado galaxias y quásares con un detalle sin precedentes, creando el mapa 3D más grande jamás creado del universo. Este esfuerzo representa la primera medición de la historia de la expansión del período de hace 8 a 11 mil millones de años con una precisión superior al 1%, lo que proporciona una forma poderosa de estudiar la energía oscura. Con solo su primer año de datos, DESI superó todos los mapas espectroscópicos 3D anteriores combinados y confirmó los fundamentos del modelo ΛCDM.

Al comparar la evolución del volumen aparente de la regla con las predicciones del modelo ΛCDM, el equipo de DESI llegó a un acuerdo. Específicamente, la relación entre densidad y presión se llama energía oscura. Th, sale al valor esperado de -1. Pero cuando los investigadores modificaron la teoría para permitir Th Para la variación a lo largo de la historia cósmica, los datos DESI favorecen este ajuste, aunque las barras de error aún se superponen con la constante Th teoría. Cuando analizaron conjuntamente sus datos con mediciones anteriores del fondo cósmico de microondas (CMB), datos que generalmente son consistentes con los datos DESI, los investigadores descubrieron que las barras de error ya no se superponían. El análisis debería basarse preferentemente en el tiempo. Th Con una significación estadística de 2,6 $𝜎$que está cerca de 3 $𝜎$ necesario exigir “pruebas” de tal hallazgo. Esta importancia se mantiene o crece hasta el 3,9 $𝜎$ Cuando el equipo combina estos datos con cualquiera de los tres conjuntos de datos cosmológicos anteriores basados ​​en supernovas.

La colaboración también informó sobre varios otros parámetros cosmológicos, incluida la constante de Hubble. h₀La tasa de expansión actual del universo. Uno de los mayores misterios cósmicos es la disputa entre… h₀ Valores derivados de mediciones que sondean el universo «temprano», como las basadas en observaciones del CMB, y aquellos derivados de mediciones que sondean el universo «tardío», como las que se basan en la medición de distancias a supernovas utilizadas como «velas estándar». Proyecto de colaboración entre 67 y 68,5 kilómetros por segundo por megaparsec (km/s/Mpc), dependiendo de los supuestos que utilicen, que concuerdan con los resultados de las mediciones de CMB asumiendo el modelo ΛCDM. Pero las mediciones de supernovas dan valores en el rango 73- 76 km/s/megaparsec, por lo que los resultados de DESI confirman esta discrepancia.

Utilizando el modelo ΛCDM, dice Kolb, los cosmólogos están tratando de comprender el valor de la constante cosmológica (energía oscura inmutable): de dónde viene y cómo se relaciona con otras constantes físicas. “Y no logramos comprenderlo”, afirma. Pero si el resultado DESI se mantiene, «podemos estar reemplazando una constante que no entendemos con alguna dinámica que no entendemos… Como físicos, la dinámica es algo que crecimos tratando de explicar». Él dice. «No puedo esperar a pensar en ello».

«Este es el desafío más amplio y completo para el MDL», afirma Dawson. «Realmente podemos probar lo que se ha supuesto durante los últimos 20 años». Dice que la colaboración terminó de recopilar datos para el conjunto de datos de tres años sobre «Esto realmente nos motiva», dice.

-David Ehrenstein

David Ehrenstein es editor senior de Revista de Física.

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