Ilustración
por Zosia Rostomian, del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley y Andreu
Font-Ribera, Jefe de equipo de Lyman-álfa. Laboratorio Berkeley
Astrónomos del Sloan Digital Sky Survey han utilizado
140.000 cuásares distantes, para medir la velocidad de expansión del Universo
cuando era sólo una cuarta parte de su edad actual. Esta es la mejor medida de la tasa de
expansión de cualquier época en los últimos 13 billones de años.
El Baryon Oscillation Spectroscopic
Survey (BOSS), el mayor componente de la tercera generación de los Sloan Digital Sky Survey (SDSS-III), ha sido pionero en la técnica de medición de la estructura
del Universo joven mediante la utilización de los cuásares, que permitió mapear la
distribución del gas de hidrógeno intergaláctico. Las nuevas observaciones
de BOSS de esta estructura fueron presentadas hoy en la reunión correspondiente al presente mes de abril 2014, de la Sociedad Americana
de Física en Savannah, GA. Estos últimos resultados combinan dos métodos
diferentes en el uso de los cuásares y del gas intergaláctico para medir la
velocidad de expansión del Universo.
A lo largo de la
historia, esta tasa ha cambiado, los científicos pensaban que, con el tiempo,
la fuerza de gravedad puede hacer que se desacelere; pero en los últimos 6
millones de años, de hecho se ha acelerado. Los científicos creen que la
energía oscura es la causa de esta misteriosa aceleración. Midiendo los cambios
en la tasa de expansión del universo en el tiempo, ha sido clave para entender su
causa.
“Al sondear el universo cuando era sólo una parte de su
edad actual, BOSS ha colocado una
fundamental ancla para compararla con las mediciones de expansión más
recientes, como si la energía oscura se lo hubiera apoderado”, dice Timothée Delubac
del Centre de Saclay en Francia y EPFL de Suiza, quien dirigió el segundo
equipo de análisis de BOSS y que cooperaron para hacer la medición mediante la
entrada en los patrones, del gas de hidrógeno, permitiendo medir la
distribución de la masa del Universo joven.
El otro equipo, dirigido por Andreu Font-Ribera del Laboratorio Nacional
Lawrence Berkeley, comparó la distribución de cuásares con la distribución de
gas de hidrogeno para medir distancias. Juntos, los dos análisis establecieron
que hace 10,8 mil millones de años el Universo se estaba expandiendo un 1% cada
44 millones de años.
Andreu Font-Ribera en
su primer análisis comparó, junto a sus colaboradores, la distribución de los
cuásares con la distribución de gas de hidrógeno para medir las distancias en
el Universo, comenta: “Si miramos al Universo
hacia sus comienzos, cuando las galaxias estaban tres veces más cerca de lo que
están hoy en día, nos gustaría ver un par de galaxias a la deriva, separadas
sólo por un millón de años-luz a una velocidad de 68 kilómetros por
segundo, veríamos como se expande el Universo”.
El gas de hidrogeno se
distribuye a través del Universo en un patrón ondulado; cuando la luz de los
distantes cuásares atraviesan el Universo, los parches más densos de gas
hidrógeno absorben parte de la misma en una longitud de onda característica. A
medida que el Universo se expande, la luz que viaja a través de él se estira, y
cada parche de gas de hidrógeno posterior deja su marca de absorción en una
longitud de onda diferente. Así es que cuando la luz llega a la Tierra , los astrónomos
observan su espectro para encontrar las firmas de los parches de gas de
hidrógeno que encontró en su camino.
BOSS determina la tasa
de expansión en un momento dado del Universo, mediante la medición del tamaño
de las Oscilaciones Acústicas de los Bariones (Baryon Acoustic Oscillations – BAO - en inglés), que son una firma impresa en la forma de cómo la
materia se distribuye, dando como resultado las ondas de sonidos en el Universo
temprano. Esta huella es visible en la distribución de las galaxias, cuásares y
del hidrógeno intergaláctico en todo el cosmos.
“Hace tres años, que BOSS utilizó 14.000 cuásares para
demostrar que podríamos hacer los mayores mapas en 3D del Universo”. Dice Davis Schiegel
del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley e investigador principal del BOSS y comenta que: “Hace 2 años, con 48.000 cuásares
lo primero que detectamos en estos mapas, fueron oscilaciones acústicas de
bariones; ahora, con más de 140.000 cuásares, hemos efectuado medidas mucho más
precisas de BAO”.
A medida que la luz de un cuásar distante pasa e
interviene el gas hidrógeno distribuido
por todo el Universo, los parches de mayor densidad absorben más luz. Cada parche de absorción absorbe la
luz a partir del espectro del cuásar en una longitud de onda característica del
hidrógeno neutro. Como se expande
el Universo, el espectro del quásar está extendido, y cada parche posterior
deja su marca de absorción a una longitud de onda relativa diferente. El espectro del quásar se observa finalmente
en la Tierra
por BOSS, y contiene las firmas de todos los parches encontrados por la luz del
quásar. Los astrónomos miden
entonces a partir del espectro del quásar lo mucho que el Universo se ha
expandido, ya que la luz pasa a través de cada parche de hidrógeno. Con
bastantes buenos espectros de cuásares, lo suficientemente juntos, la posición
de las nubes de gas se puede mapear en tres dimensiones. BOSS determina la tasa de expansión
mediante el uso de estos mapas para medir el tamaño del patrón BAO en
diferentes épocas del tiempo cósmico. Estas
nuevas mediciones proporcionan datos clave para los astrónomos que buscan la
naturaleza de la energía oscura postulado que ella es la que impulsa el aumento de la tasa de expansión del
Universo. David Schlegel comenta que cuando BOSS estaba en
curso, primero sugirieron medidas de precisión que utilizan cuásares y el bosque
Lyman-alfa, pero "Algunos de
nosotros tuvieron miedo que no funcionaría. Estábamos equivocados. Nuestras
mediciones de precisión incluso fueron mejores de lo que esperábamos con optimismo”.
El trabajo investigativo se encuentra en el comunicado de prensa de Sloan Digital Sky Survey y en Symmetry (Dimensiones
de la física de partículas).
Fuente: Symmetry /
Interactions.org - / Traducción libre de SOCA
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