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

Títol
SDSS
Crèdits
David Kirkby
Publicada

 

El grup internacional d'investigadors del Sloan Digital Sky Survey (SDSS) publica avui un anàlisi exhaustiu del major mapa tridimensional de l'Univers, que omple els buits més significatius en la nostra exploració de la història del cosmos.

El nostre coneixement sobre l'Univers inclou tant la seva història antiga com la història recent de la seva expansió. Gràcies a l'estudi de la radiació electromagnètica coneguda com el fons còsmic de microones (CMB, per les sigles en anglès), i als mesuraments de les quantitats relatives dels elements creats poc després del Big Bang, sabem com era l'Univers en la seva infància. També coneixem la història de l'expansió de l'Univers al llarg dels últims mil milions d'anys gràcies als mapes de galàxies i de les distàncies entre elles.

No obstant això, entre els dos períodes existien buits d'informació en un lapse corresponent a 11.000 milions d'anys. Durant cinc anys, els científics de l'SDSS 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 l'última dècada. Al nucli dels nous resultats es troben les mesures detallades de més de dos milions de galàxies i quàsars, que cobreixen 11.000 milions d'anys de temps còsmic.

 

El mapa més exhaustiu de l’Univers

El Sloan Digital Sky Survey (SDSS) és un projecte de recerca de l'espai a través d'imatges de l'espectre visible i desplaçament cap al roig, que utilitza un telescopi òptic de dos metres i mig situat a Nou Mèxic (Estats Units). Un dels programes que formen el SDSS és el Extended Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (eBOSS), on participen més de cent astrofísics.

L’investigador postdoctoral Héctor Gil-Marín, de l'Institut de Ciències del Cosmos de la Universitat de Barcelona, ​​ha liderat l'anàlisi d'aquests mapes de galàxies mesurant el ritme d'expansió i el creixement de les estructures de l'Univers de fa 6.000 milions d'anys. Aquestes mesures ajuden a unir el que ja se sabia sobre la física inicial de l'Univers amb el que es coneixia sobre la seva història més recent, el que permet generar una imatge completa de l'expansió de l'Univers al llarg de el temps.

Els investigadors han utilitzat galàxies vermelles i massives per obtenir la part del mapa datada de fa 6.000 milions d'anys. Per a distàncies més llunyanes, han fet servir galàxies blaves més joves. Finalment, s'han utilitzat quàsars -galàxies brillants que s'il·luminen com a conseqüència de la matèria absorbida per un forat negre supermassiu situat en el seu nucli- per obtenir el mapa de l'Univers de fa 11.000 milions d'anys i etapes anteriors. A partir del mapa, han fet una anàlisi molt acurat de cada mesura, amb l'objectiu d'eliminar possibles contaminants, cercant patrons.

El mapa que han obtingut revela filaments i buits que defineixen l'estructura de l'Univers des del moment en què tenia només uns 300.000 anys. Usant aquest mapa, els investigadors han buscat patrons en la distribució de les galàxies, que proporcionen informació sobre diversos paràmetres clau del nostre Univers (els senyals d'aquests patrons es mostren en els requadres de la imatge).

El mapa de lSDSS es mostra com un arc de Sant Martí de colors, ubicat dins de 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 de eBOSS mesura allà. Al mirar al lluny, 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. 

sdss
© Anand Raichoor (EPFL)/ Ashley Ross (Ohio State University)/SDSS Collaboration

 

Mesurant l'expansió de l'Univers

Santiago Àvila, investigador de la Universitat Autònoma de Madrid (UAM), explica «Hem mesurat les propietats estadístiques d'aquests mapes de galàxies i hem deduït la taxa a la qual s'expandeix l'Univers al llarg del temps». Àvila és qui ha desenvolupat nous mètodes per simular per ordinador mapes de galàxies com els que s'observen en aquest estudi. «En combinació amb dades addicionals del fons còsmic de microones i observacions de supernoves, hem deduït que la curvatura geomètrica de l'Univers és, de fet, plana, i també hem mesurat la taxa d'expansió local amb una precisió superior a l'1%».

La història còsmica que revela el mapa mostra que l'expansió de l'Univers va començar a accelerar-se fa uns 6.000 milions d'anys, i que ha seguit en augment des de llavors. En combinar les observacions amb els estudis sobre la infància de l'Univers, els investigadors han obtingut una imatge amb algunes incompatibilitats. La mesura del ritme actual d'expansió de l'Univers (la coneguda com a constant de Hubble) és aproximadament un 10% inferior al valor que s’obté en mesurar-lo utilitzant la distància a galàxies properes. «L'alta precisió de les dades fa molt improbable que aquest desajust es degui a l'atzar» explica Andreu Font Ribera, investigador de l'Institut de Física d'Altes Energies (IFAE).

Aquesta expansió accelerada podria ser deguda a un misteriós component invisible de l'Univers anomenat energia fosca. No hi ha una explicació àmpliament acceptada per aquesta discrepància en les mesures de les taxes d'expansió, i tot i que l'existència de l'energia fosca és consistent amb la teoria de la relativitat general d'Einstein, resulta extremadament difícil de conciliar amb el nostre coneixement actual de la física de partícules. Una possibilitat emocionant és que una forma prèviament desconeguda de matèria o energia de l'Univers primordial hagués deixat una empremta en l'expansió que observem en l'actualitat.

 

 

 

 

Com serà la següent generació de telescopis?

Seguint el camí de l'SDSS, ja s'està treballant en la següent generació de telescopis que rellevaran eBOSS. Es començarà a finals d'any amb el Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI), que observarà deu vegades més galàxies i quàsars que eBOSS gràcies a un nou instrument localitzat en l'Observatori Nacional de Kitt Peak (Arizona, Estats Units). Alhora, l'Agència Espacial Europea planeja per 2022 l'enlairament del satèl·lit Euclid, equipat amb un telescopi únic que proporcionarà una visió complementària de l'Univers. Aquests instruments, tots dos amb participació espanyola, aportaran dades amb una precisió mai vista fins al moment, fet que ens permetrà resoldre l'enigma de l'energia fosca i la discordança entre el ritme d'expansió de l'Univers actual i el primitiu. O potser, ens revelaran més sorpreses.

 

Més informació 

Nota de premsa (en anglès) al web del ICCUB

Nota de premsa internacional al web de SDSS

 


Què és la constant de Hubble?

La constant de Hubble indica el ritme d'expansió de l'Univers, i malgrat dir-se constant, és un valor que evoluciona amb el temps. S'anomena H0 a la valor de la constant en el moment d'observació. La constant de Hubble és un nombre clau en astronomia ja que s'utilitza per calcular la mida i l'edat de l'Univers. També coneguda com el paràmetre de Hubble, és la constant de proporcionalitat que apareix en la forma matemàtica de la llei de Hubble-Lemaître, una llei física que estableix que com més lluny es troba una galàxia d'una altra, més ràpidament aparenta allunyar pel que fa a ella.

La mesura de la constant de Hubble és un dels grans reptes de l'astronomia, i ha estat objecte de debat i controvèrsia. A la segona meitat de segle XX el valor de H0 s'estimava entre 50 i 90 (km / s) / Mpc. El telescopi espacial Hubble va donar la resolució òptica més exacta al maig de 2001 amb la seva estimació final de 72 ± 8 (km / s) / Mpc, Però en 2018, mesuraments que van realitzar l'investigador A. Reiss i els seus col·legues discrepaven gairebé un 9% Pel que fa als valors obtinguts anteriorment. Aquesta discrepància entre els valors vigents és la que en la cosmologia actual s'anomena "Tensió de Hubble".

Activitats i Notícies relacionades

Materials relacionats