Os dados do primeiro ano do DESI fornecem medições sem precedentes do universo em expansão
DESI fazendo observações no céu noturno. O grupo Rochester faz parte do DESI desde 2017, e os membros desempenharam papéis importantes no comissionamento e operação do instrumento. Crédito:KPNO/NOIRLab/NSF/AURA/T. Slovinský Os cientistas analisaram o primeiro lote de dados da missão do Instrumento Espectroscópico de Energia Escura para mapear o universo e desvendar os mistérios da energia escura.
Com 5.000 pequenos robôs num telescópio no topo de uma montanha, o Instrumento Espectroscópico de Energia Escura (DESI) permite aos investigadores observar 11 mil milhões de anos no passado. A luz de objetos distantes no espaço está agora a chegar ao DESI, permitindo aos cientistas mapear o cosmos tal como era na sua juventude, ao mesmo tempo que acompanham o seu crescimento. A compreensão de como o universo evoluiu está ligada a um dos maiores mistérios da física:a energia escura, que os pesquisadores supõem estar impulsionando a expansão do universo.
DESI é uma colaboração científica internacional que envolve mais de 800 cientistas de todo o mundo. Entre eles estão pesquisadores do grupo de cosmologia da Universidade de Rochester, um grupo interdisciplinar que inclui professores, pesquisadores de pós-doutorado, estudantes de pós-graduação e estudantes de graduação em física, astronomia, ciência de dados e ciência da computação. O grupo é co-liderado por Regina Demina, professora de física; Segev BenZvi, professor associado de física; e Kelly Douglass, professora assistente de física e astronomia (instrucional).
O DESI está atualmente no meio de uma missão de cinco anos para medir 40 milhões de galáxias e quasares e criar o maior mapa 3D do cosmos já construído, com as medições mais precisas até o momento. O instrumento começou a sua pesquisa em 2021, e os investigadores anunciaram recentemente a sua análise do primeiro ano de dados recolhidos, incluindo medições da taxa de expansão e composição do universo. Eles publicaram suas análises em vários artigos no arXiv servidor de pré-impressão.
“Os dados do DESI representam um enorme aumento em tamanho em relação a qualquer coisa que coletamos antes”, diz Douglass. "A amostra de galáxias e quasares do primeiro ano do DESI já é seis vezes maior do que as medições combinadas de todas as pesquisas espectroscópicas anteriores realizadas nos últimos 40 anos."
E os dados do primeiro ano são apenas o começo, acrescenta Demina:"O conjunto de dados completo nos permitirá observar mais de perto o início do nosso universo - um período em que o universo passou por uma rápida expansão exponencial."
Olhos ópticos nos céus
O instrumento DESI reside no Telescópio Mayall adaptado no Observatório Nacional Kitt Peak da National Science Foundation, perto de Tucson, Arizona. O instrumento incorpora óptica que aumenta o campo de visão do telescópio e inclui 5.000 fibras ópticas controladas roboticamente para coletar dados espectroscópicos de objetos no campo de visão do telescópio e pesquisar as posições tridimensionais de galáxias e quasares no universo.
O estudante de doutorado da Universidade de Rochester, Zack Brown, completou um turno no Observatório Nacional de Kitt Peak, no Arizona, em outubro de 2023. O instrumento DESI – o aparelho cilíndrico preto – está montado no Telescópio Mayall adaptado em Kitt Peak. Crédito:Ann Elliott, Universidade Estadual de Ohio
O grupo Rochester faz parte do DESI desde 2017. Os membros do grupo desempenharam papéis importantes no comissionamento e operação do instrumento, incluindo o desenvolvimento e solução de problemas de software para garantir que as 5.000 fibras sejam apontadas de maneira ideal para seus alvos.
Os membros do grupo de Rochester também contribuíram significativamente para a validação dos dados do primeiro ano, incluindo o estudo de incertezas sistemáticas – potenciais erros ou variações – que poderiam afectar as medições, para melhor garantir a precisão e fiabilidade dos resultados.
Decodificando a expansão do universo – e a energia escura
O DESI foi construído para medir oscilações acústicas bariônicas (BAO) – enormes estruturas semelhantes a bolhas que as galáxias seguem, formadas por condições logo após o Big Bang. No seu primeiro ano, o DESI utilizou 5,7 milhões de galáxias e quasares da sua amostra espectroscópica para medir o tamanho do BAO e estimar a rapidez com que o Universo se está a expandir, uma quantidade conhecida como Constante de Hubble.
Os BAO também são usados para restringir as densidades da matéria escura e da energia escura. Os cientistas acreditaram durante muito tempo que o Universo se estava a expandir a uma taxa constante, mas em 1999 descobriu-se que a taxa de expansão estava a acelerar. Supõe-se que a energia escura esteja impulsionando a aceleração.
Algumas teorias sugerem que um ou mais campos escalares (forças invisíveis que expandem o universo), semelhantes ao campo escalar que se supõe impulsionar o crescimento inflacionário do universo logo após o Big Bang, contribuem para a energia escura.
“Até agora, apenas um campo escalar é conhecido pela humanidade – o campo de Higgs”, diz Demina, que fez parte da equipa que descobriu o campo de Higgs em 2012, utilizando o Large Hadron Collider do CERN, na Suíça. "Agora é a hora de verificar se existem mais campos desse tipo."
Outra questão que o DESI procura responder é se a energia escura tem um valor constante em todo o universo – conhecido como constante cosmológica – ou se as suas propriedades diferem no tempo e no espaço. Embora as medições BAO do ano um do DESI sejam compatíveis com uma constante cosmológica, elas favorecem ligeiramente um modelo que sugere que a energia escura é um campo em evolução ou “dinâmico”.
De acordo com BenZvi, "A evidência a favor da evolução da energia escura pode ser muito interessante, mas também pode ser uma flutuação casual. Não podemos ter certeza até olharmos para o próximo lote de dados. A estimativa atual é no final de 2025 para o próximo lançamento."
