Durante milenios, los humanos han estado fascinados por los misterios del cosmos.
A diferencia de los filósofos antiguos que imaginaban los orígenes del universo, los cosmólogos modernos utilizan herramientas cuantitativas para obtener información sobre la evolución y la estructura del universo. La cosmología moderna se remonta a principios del siglo XX, con el desarrollo de la teoría de la relatividad general de Albert Einstein.
Ahora, los investigadores de la colaboración del Telescopio de Cosmología de Atacama (ACT) han creado una nueva imagen innovadora que revela el mapa más detallado de la materia oscura distribuida en una cuarta parte del cielo, extendiéndose profundamente en el cosmos. Además, confirma la teoría de Einstein de cómo las estructuras masivas crecen y desvían la luz durante los 14 000 millones de años de vida del universo.
«Hemos mapeado la materia oscura invisible en el cielo a las distancias más grandes, y vemos claramente las características de este mundo invisible que tienen cientos de millones de años luz de diámetro», dice Blake Sherwin, profesor de cosmología en la Universidad de Cambridge, donde lidera un grupo de investigadores de ACT.»Parece tal como lo predicen nuestras teorías».
A pesar de constituir el 85 % del universo e influir en su evolución, la materia oscura ha sido difícil de detectar porque no interactúa con la luz ni con otras formas de radiación electromagnética. Hasta donde sabemos, la materia oscura solo interactúa con la gravedad.
Para rastrearlo, los más de 160 colaboradores que construyeron y recopilaron datos del Telescopio de Cosmología de Atacama de la Fundación Nacional de Ciencias en los altos Andes chilenos observan la luz que emana después del amanecer de la formación del universo, el Big Bang, cuando el universo era solo 380.000 años. Los cosmólogos a menudo se refieren a esta luz difusa que llena todo nuestro universo como la «imagen infantil del universo», pero formalmente se conoce como la radiación cósmica de fondo de microondas (CMB).
El equipo rastrea cómo la atracción gravitatoria de estructuras grandes y pesadas, incluida la materia oscura, deforma el CMB en su viaje de 14 mil millones de años hacia nosotros, como una lupa desvía la luz cuando pasa a través de su lente.
«Hemos creado un nuevo mapa de masas utilizando las distorsiones de la luz que quedaron del Big Bang», dice Mathew Madhavacheril, profesor asistente en el Departamento de Física y Astronomía de la Universidad de Pensilvania. «Sorprendentemente, proporciona mediciones que muestran que tanto la ‘grumosidad’ del universo como la velocidad a la que crece después de 14 000 millones de años de evolución son justo lo que cabría esperar de nuestro modelo estándar de cosmología basado en la teoría de Einstein. de la gravedad».
Sherwin agrega: «Nuestros resultados también brindan nuevos conocimientos sobre un debate en curso que algunos han llamado ‘La crisis de la cosmología'», y explica que esta crisis se deriva de mediciones recientes que utilizan una luz de fondo diferente, una emitida por estrellas en galaxias en lugar de la CMB. . Estos han producido resultados que sugieren que la materia oscura no era lo suficientemente grumosa según el modelo estándar de cosmología y generó preocupaciones de que el modelo podría romperse. Sin embargo, los últimos resultados del equipo de ACT pudieron evaluar con precisión que los grandes bultos que se ven en esta imagen tienen exactamente el tamaño correcto.
«Cuando los vi por primera vez, nuestras medidas coincidían tan bien con la teoría subyacente que me tomó un momento procesar los resultados», dice Cambridge Ph.D. estudiante Frank Qu, parte del equipo de investigación. «Será interesante ver cómo se resolverá esta posible discrepancia entre diferentes mediciones».
«Los datos de lentes CMB rivalizan con estudios más convencionales de la luz visible de las galaxias en su capacidad para rastrear la suma de lo que hay ahí fuera», dice Suzanne Staggs, directora de ACT y profesora de física Henry DeWolf Smyth en la Universidad de Princeton. «Juntos, la lente CMB y los mejores estudios ópticos están aclarando la evolución de toda la masa del universo».
«Cuando propusimos este experimento en 2003, no teníamos idea de la cantidad total de información que podía extraerse de nuestro telescopio», dice Mark Devlin, profesor de astronomía Reese Flower en la Universidad de Pensilvania y director adjunto de ACT. «Se lo debemos a la inteligencia de los teóricos, a las muchas personas que construyeron nuevos instrumentos para hacer que nuestro telescopio sea más sensible y a las nuevas técnicas de análisis que ideó nuestro equipo».
ACT, que funcionó durante 15 años, fue dado de baja en septiembre de 2022. Sin embargo, se espera que pronto se presenten más documentos que presenten los resultados del conjunto final de observaciones, y el Observatorio Simons realizará futuras observaciones en el mismo sitio, con un nuevo telescopio. programado para comenzar a operar en 2024. Este nuevo instrumento será capaz de mapear el cielo casi 10 veces más rápido que ACT.