Un equip internacional dʼastrònoms mesura la desacceleració de lʼUnivers abans de lʼacció de lʼenergia fosca
La imatge mostra com el grup SDSS-III ha arribat a mesurar l’Univers llunyà. Els raigs de llum dels quàsars distants (punts de l’esquerra) són absorbits parcialment al seu pas a través de núvols de gas d’hidrogen ionitzat. Quan la llum arriba a l’espectrògraf del telescopi de 2,5 metres de la Fundació Sloan (quadrat de la dreta), alguns han estat absorbits i han deixat un registre, en forma de bosc de petites línies d’absorció en l’espectre observat. Crèdit de la imatge: Zosia Rostomian, LBNL; Nic Ross, BOSS Lyman-alpha team, LBNL; Springel et al., Virgo Consortium i Institut d’Astrofísica Max Planck.
Recerca
(13/11/2012)
Diverses observacions astronòmiques han demostrat que lʼexpansió de lʼUnivers sʼha anat accelerant durant els darrers 7.000 milions dʼanys —lʼUnivers actualment té 14.000 milions dʼanys—, impulsada per una força repulsiva desconeguda anomenada energia fosca. Ara, gràcies a una nova tècnica per mesurar lʼestructura tridimensional de lʼUnivers llunyà, els astrònoms de la col·laboració internacional Sloan Digital Sky Survey (SDSS-III), en la qual participen investigadors de la UB, han fet la primera mesura del ritme dʼexpansió còsmica reculant molt més enrere en el temps fins fa 11.000 milions dʼanys, només 3.000 milions dʼanys després del Big Bang.
La imatge mostra com el grup SDSS-III ha arribat a mesurar l’Univers llunyà. Els raigs de llum dels quàsars distants (punts de l’esquerra) són absorbits parcialment al seu pas a través de núvols de gas d’hidrogen ionitzat. Quan la llum arriba a l’espectrògraf del telescopi de 2,5 metres de la Fundació Sloan (quadrat de la dreta), alguns han estat absorbits i han deixat un registre, en forma de bosc de petites línies d’absorció en l’espectre observat. Crèdit de la imatge: Zosia Rostomian, LBNL; Nic Ross, BOSS Lyman-alpha team, LBNL; Springel et al., Virgo Consortium i Institut d’Astrofísica Max Planck.
Recerca
13/11/2012
Diverses observacions astronòmiques han demostrat que lʼexpansió de lʼUnivers sʼha anat accelerant durant els darrers 7.000 milions dʼanys —lʼUnivers actualment té 14.000 milions dʼanys—, impulsada per una força repulsiva desconeguda anomenada energia fosca. Ara, gràcies a una nova tècnica per mesurar lʼestructura tridimensional de lʼUnivers llunyà, els astrònoms de la col·laboració internacional Sloan Digital Sky Survey (SDSS-III), en la qual participen investigadors de la UB, han fet la primera mesura del ritme dʼexpansió còsmica reculant molt més enrere en el temps fins fa 11.000 milions dʼanys, només 3.000 milions dʼanys després del Big Bang.
«Si pensem en lʼUnivers com una muntanya russa, ara estaríem anant costa avall, guanyant velocitat a mesura que avancem», explica Nicolás Busca, del Laboratori dʼAstropartícules i Cosmologia del Centre Nacional de Recerca Científica de França (CNRS), i principal autor de lʼestudi. «La nova mesura ens parla de lʼèpoca en què lʼUnivers estava pujant el turó, frenant-se per la gravetat», afegeix.
Els resultats sʼhan presentat en un article publicat avui al repositori digital arXiv i enviat a la revista Astronomy and Astrophysics. En aquest treball han participat els investigadors Jordi Miralda, investigador ICREA de lʼInstitut de Ciències del Cosmos de la UB (ICCUB) —adscrit al campus d'excel·lència internacional BKC—, i Andreu Font, actualment al Laboratori Nacional Lawrence Berkeley (Universitat de Califòrnia). Font ha contribuït a l'estudi amb les aportacions de la seva tesi doctoral, realitzada a la UB, en què va desenvolupar les simulacions de totes les observacions usades per calcular els errors de les mesures i eliminar diversos errors sistemàtics d'aquestes observacions.
Els nous resultats es basen en les dades del Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS), un dels projectes de la col·laboració SDSS-III, que utilitza una tècnica basada en la mesura de les anomenades oscil·lacions acústiques de barions (BAO), unes ones de so que es propagaven per lʼUnivers primitiu a través de la matèria i que han deixat una empremta de les petites variacions de densitat que hi havia a lʼinici de lʼUnivers. Aquestes ones de so tenen una longitud coneguda que es pot fer servir per mesurar distàncies i deduir el ritme dʼexpansió de lʼUnivers en el passat.
En un treball anterior, la col·laboració SDSS-III va presentar els resultats dʼaquesta empremta detectada en la distribució de galàxies a lʼespai. Ara, les dades sʼhan obtingut dels espectres dʼabsorció dels quàsars, els objectes més brillants de lʼUnivers.
Quan es mesura lʼespectre dʼun quàsar, no veiem la llum tal com va ser emesa sinó que rebem el resultat del seu llarg viatge fins a la Terra. Així, quan nʼobservem lʼespectre, hi veiem lʼabsorció de núvols de gas dʼhidrogen en lʼespai intergalàctic de lʼUnivers distant, que són interceptats al llarg de la línia de visual fins al quàsar. El conjunt dʼaquests espectres permet construir un mapa aproximat del gas intergalàctic que es troba entre nosaltres i els quàsars observats.
La nova mesura de lʼequip SDSS-III de lʼanomenat pic BAO (la longitud dʼaquestes ones de so primitives), combinada amb mesures del mateix pic en altres èpoques de la història de lʼUnivers, descriu com ha evolucionat lʼUnivers al llarg de la seva història. La imatge que en resulta és consistent amb la nostra comprensió actual de lʼUnivers: lʼenergia fosca és una constant en lʼespai a través del cosmos. Dʼaltra banda, per primera vegada sʼha vist com lʼenergia fosca funcionava abans que comencés lʼacceleració actual de lʼUnivers.
Tal com explica Miralda, «el que és nou en lʼexperiment BOSS és el gran nombre de quàsars observats. Abans en teníem pocs milers, i ara ja en tenim 60.000. Això ens permet tenir prou dades per reconstruir el mapa de lʼUnivers en tres dimensions i observar les ones BAO. Aquesta és la primera vegada que es detecten a una distància tan gran, quan lʼUnivers només tenia 3.000 milions dʼanys».
Les mesures de BOSS mostren que lʼexpansió de lʼUnivers sʼestava desaccelerant fa 11.000 milions dʼanys a causa de lʼatracció gravitatòria mútua de totes les galàxies en lʼUnivers, però que a mesura que lʼUnivers sʼexpandia, la constant de força repulsiva de lʼenergia fosca va començar a dominar mentre la matèria es va diluir per lʼexpansió de lʼespai. De la mateixa manera que Edwin Hubble i Georges Lemaitre van mesurar el 1929 la velocitat dʼexpansió de lʼUnivers proper, el grup SDSS-III ha fet la mateixa mesura de la velocitat dʼexpansió de lʼUnivers fa 11.000 milions dʼanys.
Article:
Nicolás G. Busca et al. «Baryon Acoustic Oscillations in the Ly-α forest of BOSS quasars». arXiv, novembre de 2012.