El universo es sumamente grande y se expande de forma acelerada. Para estudiar la energía oscura, la misteriosa fuerza responsable de que el universo se expanda aceleradamente, la comunidad investigadora está utilizando el Instrumento Espectroscópico de Energía Oscura (DESI, por sus siglas en inglés) con el fin de observar más de 40 millones de galaxias, cuásares y estrellas. Hoy, la colaboración ha hecho pública su primera remesa de datos, con casi 2 millones de objetos, para que investigadores e investigadoras de todo el mundo puedan comenzar a analizarlos.
El conjunto de datos, de 80 terabytes, proviene de 2.480 exposiciones tomadas a lo largo de seis meses de observación durante la fase de validación del experimento en 2020 y 2021. En este periodo, previo a la toma principal de datos, los investigadores e investigadoras de DESI se aseguraron de que su plan para utilizar el telescopio cumpliera con todos los objetivos científicos, por ejemplo, verificando el tiempo necesario para observar galaxias de diferentes brillos y validando la selección de estrellas y galaxias a observar.
"Es impresionante que, en apenas unos meses, DESI haya medido posiciones para más objetos que todos los cartografiados cósmicos anteriores", señala Violeta González Pérez, investigadora del departamento de Física Teórica de la Universidad Autónoma de Madrid, involucrada en la generación de catálogos computacionales de galaxias que nos ayuden a interpretar los datos recogidos por DESI. "Los datos que se hacen públicos hoy nos permitirán entender mejor la naturaleza de la energía oscura con herramientas matemáticas que no se habían podido utilizar hasta ahora. Y no solo eso: con esta ingente cantidad de datos también podremos explorar los primeros momentos del universo, la masa de los neutrinos, la historia de nuestra galaxia y la formación y evolución de galaxias y cuásares".
Además de la primera remesa de datos, la colaboración también ha publicado hoy un conjunto de artículos que incluyen mediciones del agrupamiento de galaxias, estudios de objetos peculiares y caracterización del instrumento y las operaciones del cartografiado. Los nuevos artículos se suman a la primera medición de distancia cosmológica de DESI, publicada en abril, que se realizó utilizando los datos de los dos meses iniciales de observaciones oficiales (no incluidos en la primera publicación de datos) y demostró la capacidad de DESI para lograr sus objetivos científicos.
DESI utiliza 5.000 posicionadores robóticos para mover fibras ópticas que capturan la luz de objetos a millones o miles de millones de años luz de distancia. En buenas condiciones de observación, el experimento puede tomar imágenes de un nuevo conjunto de 5.000 objetos cada 20 minutos. Es el espectrógrafo de cartografiado multiobjeto más potente del mundo, capaz de medir la luz de más de 100.000 galaxias en una noche. A partir del análisis de esta luz, se puede inferir la distancia de galaxias y cuásares, lo que permite construir un mapa cósmico en tres dimensiones.
"Durante la fase de validación del cartografiado inspeccionamos visualmente los espectros obtenidos para confirmar la calidad de las observaciones y su clasificación entre estrellas, galaxias brillantes, galaxias rojas luminosas, galaxias con líneas de emisión y cuásares", afirma Ignasi Pérez i Ràfols, científico del Institut de Ciències del Cosmos de la Universidad de Barcelona, que participó en la inspección de los espectros. "Hemos podido optimizar los algoritmos de clasificación y confirmar nuestra estrategia de observación".
A medida que el universo se expande, la longitud de onda de la luz se alarga, lo que la hace más roja, una característica conocida como desplazamiento al rojo. Cuanto más lejos está la galaxia, mayor es su desplazamiento al rojo. DESI está específicamente diseñado para medir con precisión los desplazamientos al rojo de galaxias y cuásares que luego se pueden usar para resolver algunos de los mayores enigmas de la astrofísica: qué es la energía oscura y cómo ha cambiado a lo largo de la historia del universo.
Si bien el objetivo principal de DESI es comprender la energía oscura, gran parte de los datos también se pueden utilizar para otros estudios astronómicos. Por ejemplo, esta primera publicación de datos contiene imágenes detalladas de algunas áreas conocidas del cielo, como el Campo Profundo de Hubble.
"DESI está diseñado para observar regiones ya exploradas con otros métodos", apunta César Ramírez Pérez, investigador predoctoral del Institut de Física d'Altes Energies, involucrado en la generación de catálogos de absorción en cuásares. "Esto ayudará a complementar análisis previos y, con la publicación de los datos, conseguimos que grupos fuera de la colaboración puedan acceder a ellos, ampliando su impacto".
Dos de los hallazgos más interesantes que han surgido son la evidencia de una migración masiva de estrellas hacia la galaxia de Andrómeda y el descubrimiento de nuevos cuásares, agujeros negros supermasivos y extremadamente brillantes que se encuentran en el centro de las galaxias, a distancias increíblemente lejanas.
"Las observaciones de DESI son mucho más precisas que las de cartografiados anteriores, lo que permite observar todo tipo de objetos extragalácticos, incluidos cuásares formados poco después del Big Bang. El descubrimiento de objetos tan raros no solo constituye un avance importante en sí mismo, sino que también nos permite estudiar el misterio de la formación de agujeros negros supermasivos", afirma Malgorzata Siudek, investigadora postdoctoral en el Instituto de Ciencias del Espacio en Barcelona, que lidera la identificación y análisis de las propiedades físicas de las galaxias que albergan agujeros negros supermasivos activos. "DESI observará millones de cuásares, multiplicando por cuatro el número de objetos conocidos. El descubrimiento de cuásares muy lejanos, reservado hasta ahora solo para telescopios grandes, con un instrumento de 4 metros, nos enorgullece a todos y confirma la excelencia de DESI".
La fase de validación del cartografiado también ha sido una oportunidad para verificar el sistema de procesamiento de los datos en bruto de los diez espectrómetros de DESI, que dividen la luz de una galaxia en diferentes colores, convirtiéndolos en información útil para el análisis científico.
"Las imágenes que vienen directamente de los espectrógrafos parecen líneas en una imagen extraña y borrosa. La magia sucede en el procesamiento y decodificado de los datos, que los hace inteligibles y utilizables para el análisis científico", destaca Juan Mena Fernández, investigador predoctoral en el CIEMAT. "Estos datos nos permitirán estudiar de manera más precisa la expansión del universo y su enigmático sector oscuro".
La versión temprana de los datos de DESI ya está disponible de forma gratuita a través del centro de computación de altas prestaciones NERSC (National Energy Research Scientific Computing Center), operado por el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley.
Todavía quedan muchos datos por llegar. DESI lleva funcionando sólo dos años de un total de cinco previstos, en los que se medirá la distancia a más de 40 millones de galaxias y cuásares. El estudio ya ha catalogado más de 26 millones de objetos astronómicos en su programa de observaciones científicas y agrega más de un millón cada mes.
Algunos números sobre los datos de DESI que se acaban de hacer públicos:
- Cantidad de datos: 80TB
- Exposiciones tomadas: 2.480
- Desplazamientos al rojo recopilados: 1,2 millones de objetos extragalácticos (galaxias y cuásares)
- Objetos observados en la Vía Láctea: 496.000
- Cuásares detectados: 90.000
- Tiempo de observación: 6 meses
- Tamaño en comparación con el conjunto de datos completo de DESI: 2%
La colaboración Dark Energy Spectroscopic Instrument
DESI está financiado por las siguientes instituciones: U.S. Department of Energy’s Office of Science; National Science Foundation de Estados Unidos; Division of Astronomical Sciences bajo contrato con el National Optical Astronomy Observatory; Science and Technologies Facilities Council del Reino Unido; Fundación Gordon and Betty Moore; Fundación Heising-Simons; French Alternative Energies and Atomic Energy Commission (CEA); Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología de México; Ministerio de Ciencia e Innovación de España y las instituciones miembros de DESI. La colaboración DESI se siente especialmente honrada de que se les permita llevar a cabo investigaciones astronómicas en el lolkam Du'ag (Kitt Peak, Arizona), una montaña con particular significado para la nación Tohono O’odham.
Desde España, participan en DESI el Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT), el Instituto de Ciencias del Espacio (ICE-CSIC), el Institut d’Estudis Espacials de Catalunya (IEEC), el Institut de Física d'Altes Energies (IFAE), el Instituto de Física Teórica (IFT) de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM) y CSIC, el Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA), el Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) y el Institut de Ciències del Cosmos de la Universitat de Barcelona (ICCUB).
La lista completa de instituciones participantes y más información sobre DESI está disponible en: https://www.desi.lbl.gov.
