Un nuevo e innovador observatorio que construirá el mapa más preciso del universo jamás podría resolver dos de los misterios más apremiantes de la ciencia: la naturaleza de la energía oscura y la materia oscura. Juntos, estos componentes forman lo que se conoce como el universo oscuro.
el Observatorio Vera C. Rubin Actualmente en desarrollo en la cima de El Peñón en la montaña Cerro Pachón de Chile, está programado que comience a operar en 2025. Cuando eso suceda, Rubin llevará a cabo un Legacy Survey of Space and Time (LSST), observando todo el cielo visible del sur cada pocos días. Son más de 10 años. Capturará hasta 1.000 imágenes del cielo en cada una de esas noches, brindando a los científicos una nueva y emocionante vista del cielo. Universo Y conocimientos sobre cómo se desarrollará.
Mientras lo hace, el amplio campo de visión de Robin revelará cómo una red de… Materia oscura Distorsiona las imágenes de galaxias distantes, lo que permitirá a los científicos mapear mejor la misteriosa materia. Porque esta vasta red cósmica parece unir galaxias Energía oscura Al separarlos, esto podría revelar detalles del «tira y afloja» cósmico y, a su vez, cómo la energía oscura y la materia oscura se entrelazan para formar el universo.
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“Con Rubin lo tendremos todo”, dijo Andrés Alejandro Plazas Malagón, científico de operaciones de Rubin. Dijo en un comunicado. «Medimos las propiedades de un número de galaxias mucho mayor del que tenemos ahora, lo que nos dará el poder estadístico para utilizar lentes débiles para mapear la distribución de la materia oscura y estudiar cómo evoluciona la energía oscura con el tiempo».
¿Cómo puede Robin iluminar el universo oscuro?
La materia oscura y la energía oscura presentan un desafío para el estudio de los investigadores, porque si bien representan el 95% del contenido total de energía y materia del universo (la materia oscura representa el 27% y la energía oscura representa el 68%), son esencialmente invisibles. para nosotros. Significa cosas que componen estrellasLos planetas y todo lo que nos rodea diariamente (incluido nuestro cuerpo) representa sólo el 5% del contenido del universo.
La razón por la que la materia oscura no se puede ver es que no interactúa con la luz. Por lo tanto, sólo se puede deducir de los efectos de la gravedad sobre la luz y la materia «ordinaria» que realmente podemos ver. De hecho, estos efectos gravitacionales literalmente ayudan a mantener unido el contenido de las galaxias mientras giran, un descubrimiento realizado por un astrónomo estadounidense. Vera C. Rubin, que dio nombre a este nuevo observatorio revolucionario. Si bien la materia oscura une a las galaxias internamente, esas mismas galaxias también se están agrupando, lo que significa que la materia se distribuye en una escala mucho mayor, manteniendo fuerte la estructura del universo.
La energía oscura también actúa a mayor escala, acelerando la expansión del universo, alejando a las galaxias unas de otras más rápido (y más rápido) a medida que interactúan con la estructura misma del universo. lugar y tiempo.
«Se puede pensar que la materia oscura intenta construir estructuras cósmicas, mientras que la energía oscura en realidad intenta aflojarlas y alejarlas», dijo Plazas-Malagón.
La acción de la energía oscura se describe mediante una constante cosmológica, pero algunos científicos la han calificado como “la peor predicción teórica en la historia de la física”, lo que tampoco es una exageración. La constante, tal como lo predice la teoría cuántica de campos y tiene en cuenta todas las partículas del universo, es mayor que el valor medido por los astrónomos que realizan observaciones del universo: 120 órdenes de magnitud.
Esto equivale a medir una bolsa de azúcar y descubrir que pesa 1 libra, mientras se espera que la cantidad de granos de azúcar individuales que creó pesen 10^120 libras (1 seguido de 120 ceros).
Rubin podría ayudar a determinar un valor exacto para la constante cosmológica al mapear mejor la extensa red cósmica invisible de materia oscura del universo usando un fenómeno llamado lentes gravitacionales, que fue predicho por primera vez por Albert Einstein En su teoría de 1915 sobre Relatividad general,
La relatividad general sugiere que los objetos con masa tienen un efecto «distorsionador» en la estructura del universo. Cuanto mayor es la masa, más extrema es la falsificación. Esta distorsión del espacio-tiempo es comprensible gravedad Surge.
Cuando la luz pasa a través de una de estas deformaciones o «rayones» en el espacio-tiempo, su trayectoria se vuelve curva. Esto significa que cuando un objeto con una gran masa cae entre ellos Tierra Como fuente de luz distante, la luz de esta fuente de fondo puede tomar caminos alrededor del objeto que interfiere que se curvan hacia diferentes extremos dependiendo de qué tan cerca estén del objeto que interfiere. A veces, estos caminos hacen que la fuente de luz parezca ampliada desde nuestro punto de vista en la Tierra. El fenómeno se conoce como «lente gravitacional«.
La materia oscura también tiene masa; Por lo tanto, participa en esta curvatura de la luz, aunque la misteriosa forma de materia no interactúa con la luz. Este efecto se ha utilizado para determinar que la mayoría de las galaxias están rodeadas por un halo de materia oscura.
En casos extremos llamados «lentes fuertes», el efecto del espacio-tiempo curvo puede hacer que los objetos aparezcan varias veces en la misma imagen o que un objeto de fondo aparezca borroso o distorsionado. Esto puede amplificar esta luz, permitiendo ver objetos distantes y débiles. Sin embargo, hay casos más sutiles de lente gravitacional Se llama «lente débil» y es útil en sí misma.
«Si una lente fuerte es como mirar a través del fondo de una copa de vino, una lente débil es como mirar a través de una ventana grande y muy sutilmente distorsionada», Theo Schott, Ph.D., de la Universidad de Stanford. Dijo el candidato en el comunicado.
La formación de lentes débiles puede ocurrir no sólo en los bordes de fuertes efectos de lentes generados por un objeto masivo (como una galaxia o un cúmulo de estrellas), sino también como resultado de la red cósmica a gran escala de materia oscura que se cree impregna el universo. Esto da como resultado distorsiones sutiles en galaxias distantes que generalmente son demasiado leves para verse por sí solas, pero que son calculables cuando se tiene en cuenta el efecto de deformación acumulativo en varias galaxias a la vez.
En última instancia, esto significa lentes débiles debido a la red de materia oscura en el universo, lo que requiere un gran conjunto de datos de galaxias y una visión de la distorsión colectiva en el cielo.
Y aquí es donde entrará Robin.
A través del enorme campo de visión proporcionado por el telescopio de 8,4 metros equipado con la cámara digital más grande del mundo, el observatorio podrá visualizar enormes extensiones de cielo y recopilar datos sobre miles de millones de galaxias y sus formas. De hecho, Rubin podría ser tan poderoso que tiene el potencial de sugerir evidencia de que la materia y la energía oscuras no son en absoluto los componentes adecuados del universo, y que puede ser necesaria una teoría modificada de la gravedad para explicar el universo en el que vivimos. . Vemos a nuestro alrededor.
«La energía oscura es un concepto que encaja en la teoría de la gravedad aceptada dentro de la teoría general de la relatividad de Einstein, pero Rubin y LSST también nos permitirán explorar alternativas a eso, lo cual también es increíblemente emocionante», concluyó Plaza-Malagón.
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