Nous resultats del DESI sobre la força de la gravetat
NOTA DE PREMSA
La força de la gravetat ha donat forma a l’univers. El caràcter de l’atracció ha transformat les minúscules diferències en la quantitat de matèria de l’univers primitiu en els extensos filaments de galàxies que es poden observar avui dia. Un nou estudi que utilitza les dades de l’Instrument Espectroscòpic de l’Energia Fosca (DESI, per les sigles en anglès, de Dark Energy Spectroscopic Instrument) ha cartografiat el creixement d’aquestes estructures durant els darrers onze mil milions d’anys, i ha produït el test de la força de la gravetat més precís de la història a gran escala.
La força de la gravetat ha donat forma a l’univers. El caràcter de l’atracció ha transformat les minúscules diferències en la quantitat de matèria de l’univers primitiu en els extensos filaments de galàxies que es poden observar avui dia. Un nou estudi que utilitza les dades de l’Instrument Espectroscòpic de l’Energia Fosca (DESI, per les sigles en anglès, de Dark Energy Spectroscopic Instrument) ha cartografiat el creixement d’aquestes estructures durant els darrers onze mil milions d’anys, i ha produït el test de la força de la gravetat més precís de la història a gran escala.
El DESI és una col·laboració internacional de més de nou-cents científics de més de setanta institucions d’arreu del món, que gestiona el Laboratori Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) del Departament d’Energia dels Estats Units. En aquest nou estudi, els científics han descobert que la gravetat es comporta com prediu la teoria de la relativitat general d’Einstein. Aquests resultats confirmen el model actual de l’univers i acoten possibles teories de gravetat modificada, que s’havien proposat com a explicacions alternatives d’observacions inesperades, com l’expansió accelerada de l’univers, que habitualment s’atribueix a l’energia fosca.
Límits a la teoria de la gravitació d’Einstein
L’investigador Héctor Gil Marín, de la Facultat de Física i de l’Institut de Ciències del Cosmos de la Universitat de Barcelona (ICCUB), ha coliderat aquesta nova anàlisi i comenta que «aquestes dades ens permeten estudiar amb quina rapidesa s’han format les estructures més grans del cosmos, per posar límits, així, a la teoria de gravitació d’Einstein en escales cosmològiques molt superiors a les del sistema solar». L’investigador, que també és membre de l’Institut d’Estudis Espacials de Catalunya (IEEC), afegeix que «els resultats, per ara, encaixen perfectament amb les prediccions de la teoria de la relativitat general d’Einstein».
L’estudi proporciona també un nou límit superior a la massa dels neutrins, les úniques partícules elementals de les quals encara no s’han mesurat les masses. Experiments anteriors van revelar que la suma de les masses dels tres tipus de neutrins hauria de ser almenys 0,059 eV/c2 (com a comparació, la de l’electró és de 511.000 eV/c2). Els resultats del DESI indiquen que aquesta suma ha de ser de menys de 0,071 eV/c2, la qual cosa deixa una finestra molt estreta per als possibles valors de les masses dels neutrins.
La col·laboració en el DESI ha presentat els nous resultats en diversos articles científics disponibles en el repositori arXiv. La complexa anàlisi de les dades ha utilitzat prop de sis milions de galàxies i quàsars situats a distàncies que varien entre els mil i els onze mil milions d’anys llum de la Terra.
Millor coneixement de la gravetat i l’energia fosca al cosmos
Els resultats que s’han presentat avui són una anàlisi en profunditat de les dades del primer any del DESI, que a l’abril va presentar el mapa 3D més gran de l’univers que s’havia fet fins ara i va trobar alguns indicis que l’energia fosca podria estar canviant amb el temps. Els resultats publicats llavors se centraven en una propietat particular de la distribució espacial de les galàxies, coneguda com les oscil·lacions acústiques dels barions (BAO, per les sigles en anglès). Aquesta nova anàlisi incorpora tota la informació continguda en la forma de l’espectre de potències i amplia l’abast de l’anterior per extreure més informació de les dades, la qual cosa permet mesurar la distribució de les galàxies i la matèria a diferents escales espacials. L’estudi ha requerit mesos de feina i comprovacions addicionals. Com en el cas anterior, han utilitzat una tècnica d’anàlisi cega que amaga els resultats fins al final, per mitigar qualsevol biaix i confirmació.
Eusebio Sánchez, investigador del Centre de Recerques Energètiques Mediambientals i Tecnològiques (CIEMAT, per les sigles en castellà) que ha col·laborat en l’anàlisi de les dades, reconeix que «els resultats aconseguits amb el primer any de dades del DESI són realment enlluernadors». I aclareix que «això només és el principi, perquè el projecte continua obtenint més dades, que permetran millorar molt el coneixement actual de la gravetat i de l’energia fosca».
El DESI és un instrument capdavanter capaç de capturar la llum de cinc mil galàxies alhora i determinar-ne els espectres. Es va construir i operar amb finançament de l’Oficina de Ciència del Departament d’Energia (DOE) dels Estats Units. El DESI, com a part d’un programa del NOIRLab de la Fundació Nacional de Ciències dels Estats Units (NSF), està situat al cim de l’Observatori Nacional de Kitt Peak, al telescopi Nicholas U. Mayall, que té un mirall amb un diàmetre de quatre metres. L’experiment es troba actualment en el quart dels cinc anys previstos de presa de dades, i l’objectiu és haver cartografiat uns quaranta milions de galàxies i quàsars quan el projecte finalitzi.
La col·laboració ja està analitzant les dades dels primers tres anys i es preveu que els nous resultats que s’obtinguin es presentin la primavera del 2025 i actualitzin les mesures existents sobre l’energia fosca i la història de l’expansió de l’univers. Els resultats que s’han presentat avui són consistents amb les anteriors troballes sobre una lleugera preferència per una energia fosca que evoluciona amb el temps, cosa que fa que augmenti l’interès per conèixer els resultats de les anàlisis actuals.
Hui Kong, investigadora postdoctoral a l’Institut de Física d’Altes Energies (IFAE) que va treballar en la preparació dels catàlegs de galàxies, explica que «la distribució de les galàxies suggereix la presència de matèria i energia fosques, les quals segueixen sent en gran mesura un misteri per a nosaltres. No obstant això, els mesuraments precisos que proporciona el DESI ofereixen informació prometedora sobre aquestes qüestions fonamentals al voltant de l’univers».
La col·laboració en el DESI
El DESI rep finançament de les institucions següents: l’Oficina de Ciència del Departament d’Energia dels Estats Units i el Centre de Computació Científica en Energia (NERSC); la Fundació Nacional de Ciència (NSF), als Estats Units; la Divisió de Ciències Astronòmiques (AST), mitjançant un contracte amb l’Observatori Nacional d’Astronomia Òptica de l’NSF; el Consell d’Instal·lacions de Ciència i Tecnologia (STFC), al Regne Unit; les fundacions Gordon i Betty Moore, i Heising-Simons, als Estats Units; el Comissariat de l’Energia Atòmica i les Energies Alternatives (CEA), a França; el Consell Nacional de Ciència i Tecnologia de Mèxic (CONACYT), a Mèxic; el Ministeri de Ciència, Innovació i Universitats d’Espanya, i les institucions membres del DESI.
La col·laboració en el DESI agraeix que li permetin dur a terme recerques astronòmiques al Du’ag, a Kitt Peak, Arizona, una muntanya amb un significat especial per a la reserva índia de la Nació Tohono O’odham.
A escala estatal, hi participen el Centre d’Investigacions Energètiques, Mediambientals i Tecnològiques (CIEMAT), l’Institut de Ciències de l’Espai (ICE, CSIC), l’ICCUB, l’Institut de Física d’Altes Energies (IFAE), l’Institut de Física Teòrica (IFT-UAM/CSIC), l’Institut d’Astrofísica d’Andalusia (IAA) i l’Institut d’Astrofísica de Canàries (IAC).
Galeria multimèdia
L’instrument espectroscòpic d’energia fosca DESI capta imatges del cel nocturn el 2022. Crèdit: KPNO/NOIRLab/NSF/AURA/T. Slovinský.
Vídeo d’un vol interactiu en 360 graus a través de milions de galàxies cartografiades a partir de les dades de DESI. Crèdit: Fiske Planetarium, CU Boulder i la col·laboració en el DESI.
En aquesta simulació es mostra l’efecte de la intensitat de la força de la gravetat en l’aglutinament de les galàxies. Els punts més clars representen galàxies més pròximes a la Terra, mentre que els més foscos són les galàxies més llunyanes. Com que diversos models de gravetat prediuen diferents graus d’aglutinament, els investigadors del DESI poden comparar les observacions amb simulacions per testejar la gravetat en escales cosmològiques. Crèdit: Claire Lamman / col·laboració en el DESI.
En aquesta simulació es mostra l’efecte de la intensitat de la força de la gravetat en l’aglutinament de les galàxies. Els punts més clars representen galàxies més pròximes a la Terra, mentre que els més foscos són les galàxies més llunyanes. Com que diversos models de gravetat prediuen diferents graus d’aglutinament, els investigadors del DESI poden comparar les observacions amb simulacions per testejar la gravetat en escales cosmològiques. Crèdit: Claire Lamman / col·laboració en el DESI.
Contacte
Comunicació Institucional