Científicos del Southern Pole Telescope, en la Antártida, han publicado los primeros resultados de una cámara especial dedicada a estudiar la luz remanente de la formación temprana del Universo.
Los resultados de este conjunto de datos limitado, publicado en Physical Review D., sugieren conocimientos futuros aún más poderosos sobre la naturaleza de nuestro universo.
El telescopio de la estación Amundsen-Scott del Polo Sur recibió una nueva cámara conocida como SPT-3G en 2017. Equipada con 16.000 detectores, 10 veces más que su predecesor, la SPT-3G es fundamental a una investigación multiinstitucional dirigida en parte por el Laboratorio Nacional Argonne de EE. UU.
El objetivo es medir la luz tenue conocida como fondo cósmico de microondas (CMB). El CMB es el resplandor del Big Bang, cuando el universo surgió de un único punto de energía hace casi 14.000 millones de años.
“El CMB es un mapa del tesoro para los astrónomos”, dijo Zhaodi Pan, autor principal del artículo y becario en Argonne. Sus minúsculas variaciones de temperatura y polarización proporcionan una ventana única a la infancia del universo.
El artículo ofrece las primeras mediciones de lentes gravitacionales CMB del SPT-3G. Las lentes gravitacionales ocurren cuando la vasta red de materia del universo distorsiona el CMB mientras viaja por el espacio. Si colocaras la base curva de una copa de vino en la página de un libro, la copa deformaría tu visión de las palabras detrás de ella. De manera similar, la materia en la línea de visión del telescopio forma una lente que desvía la luz CMB y nuestra visión de ella. Albert Einstein describió esta deformación en el tejido del espacio-tiempo en su teoría de la relatividad general.
“Las mediciones de esa distorsión contienen pistas sobre el universo primitivo y misterios como la materia oscura, un componente invisible del cosmos. La materia oscura es difícil de detectar porque no interactúa con la luz ni con otras formas de radiación electromagnética. Actualmente, solo podemos observarlo a través de interacciones gravitacionales”, dijo Pan.
Los científicos han estado estudiando el CMB desde que fue descubierto en la década de 1960, observándolo a través de telescopios tanto en tierra como en el espacio. Aunque el análisis más reciente utiliza solo unos pocos meses de datos del SPT-3G de 2018, la medición de lentes gravitacionales ya es competitiva en el campo.
“Una de las partes realmente interesantes de este estudio es que el resultado proviene de lo que esencialmente son datos de puesta en marcha de cuando apenas estábamos comenzando las observaciones con el SPT-3G, y el resultado ya es excelente”, dijo Amy Bender, física de Argonne y coautora del artículo. “Tenemos cinco años más de datos en los que estamos trabajando para analizarlos ahora, por lo que esto solo es una pista de lo que está por venir”.
La atmósfera seca y estable y la ubicación remota del Telescopio del Polo Sur crean la menor interferencia posible cuando se buscan patrones de CMB. Aun así, los datos de la cámara altamente sensible SPT-3G contienen contaminación de la atmósfera, así como de nuestra propia galaxia y fuentes extragalácticas.
Analizar incluso unos pocos meses de datos del SPT-3G es una tarea que dura años, ya que los investigadores necesitan validar los datos, filtrar el ruido e interpretar las mediciones. El equipo utilizó un grupo dedicado de computadoras, en el Centro de Recursos Informáticos del Laboratorio Argonne para ejecutar algunos de los cálculos de la investigación.
“Encontramos que los patrones de lentes observados en este estudio están bien explicados por la relatividad general”, dijo Pan. “Esto sugiere que nuestra comprensión actual de la gravedad es válida para estas grandes escalas. Los resultados también fortalecen nuestra comprensión actual de cómo se formaron las estructuras de materia en nuestro universo”.
Los mapas de lentes SPT-3G a partir de años adicionales de datos también ayudarán a investigar la inflación cósmica, o la idea de que el universo primitivo experimentó una rápida expansión exponencial.
La inflación cósmica es “otra piedra angular de la cosmología”, señaló Pan, y los científicos están buscando signos de ondas gravitacionales tempranas y otras pruebas directas de esta teoría. La presencia de lentes gravitacionales introduce interferencia con las huellas inflacionarias, lo que requiere la eliminación de dicha contaminación, que se puede calcular utilizando mediciones precisas de lentes.
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