Lʼestudi dels quàsars revela la mesura més precisa de lʼexpansió de lʼUnivers
Concepció artística de la metodologia amb quàsars que fa servir BOSS per mesurar l'Univers distant. Imatge: Zosia Rostomian (Laboratori Nacional Lawrence Berkeley) i Andreu Font Ribera (BOSS Lyman-alpha team, Berkeley Lab)
Recerca
(11/04/2014)
Un equip dʼastrònoms del projecte internacional Sloan Digital Sky Survey han emprat 140.000 quàsars distants per mesurar el ritme dʼexpansió de lʼUnivers en el moment en què tenia una quarta part de lʼedat actual (lʼUnivers té ara 13.800 milions dʼanys). En aquest treball, que estableix la mesura més acurada del ritme dʼexpansió de lʼUnivers al llarg dels darrers 13.000 milions dʼanys, hi han participat Andreu Font Ribera, doctorat per la UB i ara investigador postdoctoral al Laboratori Nacional Lawrence Berkeley (LBNL) dels Estats Units, i Jordi Miralda, investigador ICREA de lʼInstitut de Ciències del Cosmos de la UB (ICCUB). Determinar la mesura precisa del ritme dʼexpansió de lʼUnivers en diferents etapes de la seva història és important per conèixer les propietats de lʼenergia fosca de lʼUnivers, responsable de lʼactual acceleració del ritme dʼexpansió.
El Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS), que és un dels principals programes dʼobservació del tercer projecte Sloan Digital Sky Survey (SDSS-III), és pioner en la tècnica per mesurar lʼestructura de lʼUnivers llunyà a partir de lʼobservació dels quàsars, els objectes més brillants del cosmos, que permeten detectar la matèria intergalàctica que ha quedat distribuïda per lʼespai entre les galàxies. Les noves observacions basades en BOSS sʼhan presentat durant la reunió de la Societat Americana de Física, que ha tingut lloc recentment a la ciutat de Savannah (Estats Units).
Concepció artística de la metodologia amb quàsars que fa servir BOSS per mesurar l'Univers distant. Imatge: Zosia Rostomian (Laboratori Nacional Lawrence Berkeley) i Andreu Font Ribera (BOSS Lyman-alpha team, Berkeley Lab)
Recerca
11/04/2014
Un equip dʼastrònoms del projecte internacional Sloan Digital Sky Survey han emprat 140.000 quàsars distants per mesurar el ritme dʼexpansió de lʼUnivers en el moment en què tenia una quarta part de lʼedat actual (lʼUnivers té ara 13.800 milions dʼanys). En aquest treball, que estableix la mesura més acurada del ritme dʼexpansió de lʼUnivers al llarg dels darrers 13.000 milions dʼanys, hi han participat Andreu Font Ribera, doctorat per la UB i ara investigador postdoctoral al Laboratori Nacional Lawrence Berkeley (LBNL) dels Estats Units, i Jordi Miralda, investigador ICREA de lʼInstitut de Ciències del Cosmos de la UB (ICCUB). Determinar la mesura precisa del ritme dʼexpansió de lʼUnivers en diferents etapes de la seva història és important per conèixer les propietats de lʼenergia fosca de lʼUnivers, responsable de lʼactual acceleració del ritme dʼexpansió.
El Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS), que és un dels principals programes dʼobservació del tercer projecte Sloan Digital Sky Survey (SDSS-III), és pioner en la tècnica per mesurar lʼestructura de lʼUnivers llunyà a partir de lʼobservació dels quàsars, els objectes més brillants del cosmos, que permeten detectar la matèria intergalàctica que ha quedat distribuïda per lʼespai entre les galàxies. Les noves observacions basades en BOSS sʼhan presentat durant la reunió de la Societat Americana de Física, que ha tingut lloc recentment a la ciutat de Savannah (Estats Units).
Conèixer lʼevolució de lʼUnivers amb els quàsars
La llum emesa pels quàsars, uns objectes astronòmics que es poden observar a milers de milions dʼanys llum de la Terra gràcies a la seva gran lluminositat, travessa núvols de gas de matèria intergalàctica, composta majoritàriament per hidrogen. Lʼanàlisi dels patrons dʼabsorció de lʼhidrogen que intercepta la llum dels quàsars en el seu viatge cap a nosaltres és una nova metodologia per mesurar lʼestructura a gran escala de lʼUnivers.
Els resultats de la recerca combinen dues metodologies diferents basades en lʼús dels quàsars i el gas intergalàctic per mesurar el ritme dʼexpansió de lʼUnivers. La primera anàlisi, duta a terme per Andreu Font Ribera i el seus col·laboradors, compara la distribució espacial de quàsars amb la del gas hidrogen per mesurar distàncies a lʼUnivers. El segon treball, liderat per Timothée Delubac, del Centre de Saclay (França), se centra en els patrons dʼabsorció del gas hidrogen per mesurar la distribució de massa en lʼUnivers més jove. Les dues anàlisis de lʼequip BOSS estableixen que fa 10.800 milions dʼanys, lʼUnivers —que aleshores tenia una edat de només 3.000 milions dʼanys— sʼexpandia al llarg de cada un dels tres eixos de lʼespai a un ritme dʼun 1 % per cada 44 milions dʼanys.
Quan les galàxies eren més a prop
Tal com explica el professor Jordi Miralda, «lʼexpansió de lʼUnivers significa que les galàxies sʼallunyen les unes de les altres, com si lʼespai sʼestirés com una goma per tot arreu. Quan observem galàxies o núvols de gas molt llunyans, els veiem en el passat de lʼUnivers, a causa del temps que triga la llum per arribar fins a nosaltres».
«Si mirem lʼUnivers en el seu passat, quan les galàxies eren tres vegades més a prop del que es troben avui en dia, veuríem que un parell de galàxies separades per un milió dʼanys llum entre si sʼallunyaven lʼuna de lʼaltra a una velocitat de 68 quilòmetres per segon a mesura que sʼexpandia lʼUnivers», detalla l'expert Andreu Font Ribera.
Delubac explica: «Hem mesurat el ritme dʼexpansió de lʼUnivers llunyà amb una precisió sense precedents del 2 %». Conèixer els paràmetres dʼexpansió de lʼUnivers al llarg de la seva evolució és clau per determinar la naturalesa de lʼenergia fosca que provoca lʼexpansió accelerada de lʼUnivers durant els últims 6.000 milions dʼanys. «La mesura de lʼexpansió de lʼUnivers quan només tenia la quarta part de lʼedat actual ens dóna una referència per comparar-la amb les mesures dʼexpansió de lʼèpoca més recent, en què lʼenergia fosca sʼha establert com a força dominant», diu Delubac.
Ones acústiques de lʼUnivers primitiu
Per determinar el ritme dʼexpansió de lʼUnivers, BOSS ha utilitzat les anomenades oscil·lacions acústiques de barions (BAO), que són ones de so que provenen de lʼUnivers primitiu i que van deixar una empremta en la forma com la matèria està distribuïda per lʼespai. Aquesta empremta és visible en la distribució de galàxies, quàsars i hidrogen intergalàctic al cosmos. Segons explica Jordi Miralda, «aquestes ones de so es propagaven a través de la matèria intergalàctica i, quan lʼUnivers tenia tan sols 400.000 anys, van deixar un excés de matèria a una distància fixa i coneguda dels llocs on més tard es van formar galàxies, quàsars, i núvols de gas». «És com si al voltant de cada objecte —afegeix— hi hagués un anell de grandària coneguda on hi ha un excés de matèria, i això és el que ens permet mesurar el ritme dʼexpansió de lʼUnivers amb gran precisió».
Tal com remarca David Schlegel, del Laboratori Nacional Lawrence Berkeley i investigador principal de BOSS, «fa tres anys, BOSS va emprar 14.000 quàsars per demostrar que es podia elaborar el mapa en 3D més gran que sʼhagi fet mai de lʼUnivers». «Fa dos anys —continua—, amb 48.000 quàsars, vam poder detectar oscil·lacions acústiques de barions en aquests mapes. Ara, amb més de 140.000 quàsars, hem fet mesures de gran precisió dʼoscil·lacions acústiques de barions».