El inigualable sondeo profundo y extenso del Observatorio Vera C. Rubin creará el mapa más preciso del Universo hasta la fecha.
Mapeando la Estructura del Universo
El Legacy Survey of Space and Time del Observatorio Rubin ayudará a los científicos a mapear la estructura a gran escala del Universo con una precisión sin precedentes. Gracias al amplio campo de visión y alta resolución de Rubin, las sutiles distorsiones en las formas de las galaxias causadas por la materia oscura serán detectables, permitiendo a los científicos cartografiar la materia oscura y explorar su juego cósmico con la energía oscura.
La Búsqueda de lo Desconocido: Materia Oscura y Energía Oscura
Todo lo que conocemos, desde galaxias hasta estrellas, planetas, nuestras familias, amigos e incluso mascotas, constituye solo el 5% del Universo. El 95% restante está formado por componentes misteriosos que los científicos llaman energía oscura (68%) y materia oscura (27%). ¿Qué son y cómo influyen en la estructura y evolución del Universo? Investigadores como Andrés Alejandro Plazas Malagón, Científico de Operaciones de Rubin en el Laboratorio Nacional SLAC y Científico de la Comunidad y Científico de Calibración en el Observatorio Rubin, esperan abordar estas preguntas con la próxima Encuesta del Legado del Espacio y el Tiempo (LSST), realizada con el Observatorio Rubin en Chile. Con su inmensa cobertura del cielo y capacidad para detectar objetos tenues, la LSST de Rubin proporcionará a los científicos el enorme conjunto de datos necesario para desentrañar estos y otros misterios del Universo.
El Juego de la Estructura del Universo
En la década de 1970, la astrónoma estadounidense Vera C. Rubin proporcionó la evidencia más convincente en ese momento de la existencia de una ‘materia’ oscura invisible en el Universo. La materia oscura se llama así porque eso es prácticamente todo lo que sabemos al respecto, aparte de su influencia gravitacional en estrellas y gas en galaxias: es una sustancia en el Universo que tiene masa pero no emite ni refleja luz. Este material invisible constituye aproximadamente el 80% de toda la materia, y sus propiedades afectan cómo evoluciona el Universo, desde la formación y crecimiento de galaxias hasta cómo se agrupan para formar largos filamentos que componen la estructura que los científicos llaman la red cósmica.
Sin embargo, dar forma a la estructura a gran escala del Universo es un juego de tira y afloja cósmico entre la materia oscura y una fuerza elusiva conocida como energía oscura. “Puedes pensar en la materia oscura como tratando de construir las estructuras cósmicas, mientras que la energía oscura está tratando realmente de diluirlas y empujarlas hacia afuera”, dice Plazas Malagón. La mayoría de los científicos piensan que la energía oscura impulsa la expansión acelerada del Universo y que su comportamiento se describe por una cantidad conocida como la constante cosmológica. Esta explicación es comúnmente aceptada porque se alinea con la evidencia recopilada hasta ahora. Sin embargo, aunque la constante cosmológica es actualmente una pieza fundamental de las ecuaciones que describen el Universo, los investigadores aún intentan precisar su valor exacto y si es la explicación para la energía oscura.
Calcular la constante cosmológica y, por lo tanto, establecer límites firmes en las ecuaciones que describen el Universo, es un esfuerzo en la vanguardia de la cosmología. Y Rubin permitirá las mediciones más precisas hasta ahora al abrir nuevas posibilidades para utilizar un sutil efecto llamado lente gravitacional débil para explorar la compleja interacción entre la materia oscura y la energía oscura.
Lente Gravitacional Débil: Desentrañando la ‘Aglomeración’ de la Materia
Los cosmólogos utilizan la lente gravitacional débil para inferir la ‘aglomeración’ de la materia al observar cómo su gravedad curva la luz. A diferencia de la lente gravitacional fuerte, que a menudo produce grandes y hermosos arcos alrededor de cúmulos de galaxias, la lente gravitacional débil produce efectos menos dramáticos: pequeñas distorsiones en la luz de galaxias distantes. Mientras que la lente gravitacional débil puede ocurrir en las afueras de un sistema de lente gravitacional fuerte, también existe en todas partes del Universo a medida que la luz de las galaxias de fondo se abre paso a través de los filamentos de galaxias que conectan los cúmulos de galaxias y supercúmulos conocidos como la red cósmica. “Si la lente gravitacional fuerte es como mirar a través del fondo de una copa de vino, la lente gravitacional débil es como mirar a través de una ventana grande, muy sutilmente deformada”, dice Theo Schutt, estudiante de doctorado en la Universidad de Stanford que colabora con Plazas Malagón.
Estas débiles distorsiones de galaxias distantes son demasiado leves para ser medidas al observar una sola galaxia, incluso con datos de miles de galaxias, los científicos no pueden determinar si las formas observadas de las galaxias individuales son sus formas reales o si han sido distorsionadas por la lente gravitacional débil. Para entender realmente el panorama general, necesitan un conjunto de datos grande para calcular la distorsión colectiva en todo el cielo observable. El Observatorio Rubin, con su capacidad para observar grandes porciones del cielo y ver galaxias muy tenues y distantes, será el primer observatorio en la historia en proporcionar datos no solo de millones, sino de miles de millones de galaxias y sus formas.
El Futuro de la Astronomía: Observatorio Rubin en 2025
Observatorio Rubin será un recurso líder para la astronomía y la astrofísica de vanguardia cuando entre en funcionamiento en 2025. Con un telescopio de 8.4 metros equipado con la cámara digital más grande del mundo, escaneará todo el cielo del hemisferio sur cada pocos días durante diez años, brindando la vista más completa del Universo que hayamos visto jamás. Rubin Observatory está financiado conjuntamente por la Fundación Nacional de Ciencias (NSF) y el Departamento de Energía de los Estados Unidos (DOE). Rubin es un programa de NOIRLab de la NSF, que junto con el Laboratorio Nacional de Aceleradores SLAC, operará Rubin.
Más Allá de las Limitaciones Actuales
Los estudios actuales, como el Dark Energy Survey , el Hyper Suprime Cam y el Kilo-Degree Survey, ya están desentrañando algunos de los misterios de la materia oscura y la energía oscura. Pero hay un equilibrio, explica Plazas Malagón, entre una encuesta amplia y una encuesta profunda, limitada por factores como el tamaño de la cámara y la potencia de resolución. La Cámara LSST en el Observatorio Rubin tiene la vista de campo amplio y alta resolución sin igual que brinda a los astrónomos y astrofísicos lo mejor de ambos mundos. De hecho, el Observatorio Rubin fue diseñado desde el principio para ayudar a los científicos a cartografiar la materia oscura en el Universo mediante la lente gravitacional de miles de millones de galaxias distantes.
“Con Rubin, lo tendremos todo”, dijo Plazas Malagón. “Mediremos las propiedades de muchas más galaxias de las que tenemos ahora, lo que nos dará el poder estadístico para utilizar la lente gravitacional débil tanto para mapear la distribución de la materia oscura como para estudiar cómo evoluciona la energía oscura con el tiempo.”
También es posible que Rubin proporcione nuevas evidencias que respalden explicaciones alternativas para los fenómenos que observamos en nuestro Universo, más allá de las teorías comunes de la materia oscura y la energía oscura.
