Els astrofísics mesuren l'expansió de l'Univers al llarg d'11.000 milions d'anys

El mapa de l’SDSS es mostra com un arc de Sant Martí de colors, ubicat dins l’Univers observable (l’esfera exterior, que mostra les fluctuacions en el fons còsmic de microones). Estem situats al centre d’aquest mapa. El requadre per a cada secció de mapa codificada per colors inclou la imatge d’una galàxia o quàsar típic d’aquesta secció, i també el senyal del patró que l’equip d’eBOSS mesura allà. En mirar a la llunyania, mirem cap enrere en el temps. Per tant, la ubicació d’aquests senyals revela la taxa d’expansió de l’Univers en diferents moments de la història còsmica. Crèdits: Anand Raichoor (EPFL), Ashley Ross (Ohio State University) i SDSS.
El mapa de l’SDSS es mostra com un arc de Sant Martí de colors, ubicat dins l’Univers observable (l’esfera exterior, que mostra les fluctuacions en el fons còsmic de microones). Estem situats al centre d’aquest mapa. El requadre per a cada secció de mapa codificada per colors inclou la imatge d’una galàxia o quàsar típic d’aquesta secció, i també el senyal del patró que l’equip d’eBOSS mesura allà. En mirar a la llunyania, mirem cap enrere en el temps. Per tant, la ubicació d’aquests senyals revela la taxa d’expansió de l’Univers en diferents moments de la història còsmica. Crèdits: Anand Raichoor (EPFL), Ashley Ross (Ohio State University) i SDSS.
Recerca
(19/07/2020)

LʼSloan Digital Sky Survey (SDSS) publica avui una anàlisi exhaustiva del major mapa tridimensional de lʼUnivers mai creat, que omple els buits més significatius en la nostra exploració de la història del cosmos.

El mapa de l’SDSS es mostra com un arc de Sant Martí de colors, ubicat dins l’Univers observable (l’esfera exterior, que mostra les fluctuacions en el fons còsmic de microones). Estem situats al centre d’aquest mapa. El requadre per a cada secció de mapa codificada per colors inclou la imatge d’una galàxia o quàsar típic d’aquesta secció, i també el senyal del patró que l’equip d’eBOSS mesura allà. En mirar a la llunyania, mirem cap enrere en el temps. Per tant, la ubicació d’aquests senyals revela la taxa d’expansió de l’Univers en diferents moments de la història còsmica. Crèdits: Anand Raichoor (EPFL), Ashley Ross (Ohio State University) i SDSS.
El mapa de l’SDSS es mostra com un arc de Sant Martí de colors, ubicat dins l’Univers observable (l’esfera exterior, que mostra les fluctuacions en el fons còsmic de microones). Estem situats al centre d’aquest mapa. El requadre per a cada secció de mapa codificada per colors inclou la imatge d’una galàxia o quàsar típic d’aquesta secció, i també el senyal del patró que l’equip d’eBOSS mesura allà. En mirar a la llunyania, mirem cap enrere en el temps. Per tant, la ubicació d’aquests senyals revela la taxa d’expansió de l’Univers en diferents moments de la història còsmica. Crèdits: Anand Raichoor (EPFL), Ashley Ross (Ohio State University) i SDSS.
Recerca
19/07/2020

LʼSloan Digital Sky Survey (SDSS) publica avui una anàlisi exhaustiva del major mapa tridimensional de lʼUnivers mai creat, que omple els buits més significatius en la nostra exploració de la història del cosmos.

El nostre coneixement sobre lʼUnivers inclou tant la seva història antiga com la història recent de la seva expansió, però entre els dos períodes existien buits en un lapse corresponent a 11.000 milions dʼanys. Durant cinc anys, científics de lʼSDSS han treballat per conèixer què va passar durant aquest període, i han utilitzat aquesta informació per aconseguir un dels avenços més importants en cosmologia de lʼúltima dècada.
Els nous resultats són fruit dʼun dels programes de lʼSDSS, la col·laboració internacional Extended Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (eBOSS), en què participen més de cent astrofísics. Tres investigadors espanyols han tingut un paper rellevant en lʼanàlisi presentada avui: Héctor Gil Marín, de lʼInstitut de Ciències del Cosmos de la Universitat de Barcelona (ICCUB); Andreu Font Ribera, de lʼInstitut de Física dʼAltes Energies (IFAE), i Santiago Ávila, de la Universitat Autònoma de Madrid (UAM). En el nucli dels nous resultats hi ha les mesures detallades de més de dos milions de galàxies i quàsars, que cobreixen 11.000 milions dʼanys de temps còsmic.
Gràcies a lʼestudi de la radiació del fons còsmic de microones (CMB, per les sigles en anglès), i a les mesures de les quantitats relatives dels elements creats poc després del Big Bang, sabem com era lʼUnivers en la seva «infància». Coneixem també la història de lʼexpansió de lʼUnivers al llarg dels últims mil milions dʼanys, a partir dels mapes de galàxies i de les mesures de les distàncies entre elles, incloent-hi les que sʼhavien fet en fases anteriors de lʼSDSS.
«Lʼanàlisi de la col·laboració eBOSS i els experiments previs de lʼSDSS mostren la història de lʼexpansió de lʼUnivers al llarg del major període de temps estudiat fins ara», assenyala Héctor Gil Marín, becat per la Fundació “la Caixa” per a realitzar el seu postdoctorat a lʼICCUB. Aquest investigador ha liderat lʼanàlisi dʼaquests mapes de galàxies, mesurant el ritme dʼexpansió i el creixement de les estructures de lʼUnivers de fa 6.000 milions dʼanys. Aquestes mesures ajuden a unir la física primerenca amb la tardana, fet que permet generar una imatge completa de lʼexpansió de lʼUnivers al llarg del temps.
Una mirada al mapa obtingut revela filaments i buits que defineixen lʼestructura de lʼUnivers des del moment en què tenia només uns 300.000 anys. Fent servir aquest mapa, els investigadors busquen patrons en la distribució de les galàxies, els quals proporcionen informació sobre diversos paràmetres clau de lʼUnivers, que eBOSS ha estat capaç de mesurar amb una precisió superior a lʼ1 %.
Aquest mapa és el resultat de més de vint anys dʼesforços per cartografiar lʼUnivers mitjançant el telescopi de la Fundació Alfred P. Sloan. La història còsmica que revela mostra que lʼexpansió de lʼUnivers es va començar a accelerar fa uns 6.000 milions dʼanys, i que ha seguit en augment des de llavors. Aquesta expansió accelerada sembla que és deguda a un misteriós component invisible de lʼUnivers, anomenat energia fosca, que és consistent amb la teoria general de la relativitat dʼEinstein, però extremadament difícil de conciliar amb el nostre coneixement actual de la física de partícules.
Combinant les observacions fetes per eBOSS amb els estudis sobre lʼetapa més primerenca de lʼUnivers, els investigadors han obtingut una imatge amb algunes incompatibilitats. El mesurament del ritme actual dʼexpansió de lʼUnivers (conegut com a constant de Hubble) és aproximadament un 10 % inferior al valor trobat quan es mesura el ritme dʼexpansió utilitzant la distància a galàxies properes.
«Lʼalta precisió de les dades fa molt improbable que aquest desajust sigui degut a lʼatzar», apunta Andreu Font Ribera, investigador de lʼIFAE a Barcelona, que ha liderat la interpretació dels resultats. «La gran varietat de dades dʼeBOSS fa que sʼarribi a aquesta mateixa conclusió de diverses maneres independents», explica.
Segons els investigadors, «no hi ha cap explicació àmpliament acceptada per a aquesta discrepància en les mesures de les taxes dʼexpansió, però una possibilitat emocionant és que una forma prèviament desconeguda de matèria o energia de lʼUnivers primerenc hagués deixat una empremta en lʼexpansió que observem en lʼactualitat».
Tots aquests resultats han vist la llum avui amb la publicació de més de vint articles científics a ArXiv, documents que descriuen, al llarg de més de cinc-centes pàgines, les anàlisis de les últimes dades dʼeBOSS. Amb aquesta fita es compleixen els objectius clau de lʼestudi.
Els diferents grups de lʼequip eBOSS, situats en universitats de tot el món, sʼhan centrat en diferents aspectes de lʼanàlisi. Els investigadors han utilitzat galàxies vermelles i massives per obtenir la part del mapa datada fa 6.000 milions dʼanys. Per a distàncies més llunyanes, han fet servir galàxies blaves més joves. Finalment, sʼhan utilitzat quàsars —galàxies brillants que sʼil·luminen com a conseqüència de la matèria absorbida per un forat negre supermassiu situat en el seu nucli— per obtenir el mapa de lʼUnivers de fa 11.000 milions dʼanys i temps anteriors. Per revelar els patrons de lʼUnivers sʼha fet una anàlisi molt acurada de cada mesura, amb lʼobjectiu dʼeliminar possibles contaminants.
«Hem mesurat les propietats estadístiques dʼaquests mapes de galàxies i hem deduït la taxa a la qual sʼexpandeix lʼUnivers al llarg del temps», explica Santiago Ávila, de la Universitat Autònoma de Madrid (UAM), que ha desenvolupat nous mètodes per simular per ordinador mapes de galàxies com els que sʼobserven en aquest estudi. Ávila afegeix: «En combinació amb dades addicionals del fons còsmic de microones i observacions de supernoves, hem deduït que la curvatura geomètrica de lʼUnivers és, de fet, plana, i també hem mesurat la taxa dʼexpansió local amb una precisió superior a lʼ1 %».
Seguint el camí de lʼSDSS, ja sʼestà treballant en la següent generació de telescopis que rellevaran eBOSS. Es començarà a finals dʼany amb el Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI), que observarà deu vegades més galàxies i quàsars que eBOSS gràcies a un nou instrument localitzat a lʼObservatori Nacional de Kitt Peak (Arizona, Estats Units). Al mateix temps, lʼAgència Espacial Europea planeja per al 2022 el llançament del satèl·lit Euclid, equipat amb un telescopi únic que proporcionarà una visió complementària de lʼUnivers. Aquests instruments, tots dos amb participació espanyola, aportaran dades amb una precisió mai vista fins ara, fet que ens permetrà resoldre lʼenigma de lʼenergia fosca i la discordança entre el ritme dʼexpansió de lʼUnivers local i el primitiu. O potser, revelaran més sorpreses.

Enllaç a resultats

Descripció del projecte. 

Resum de les dades SDSS/eBOSS

Resultats de la interpretació cosmològica de les mesures dʼeBOSS https://www.sdss.org/science/cosmology-results-from-eboss/