Científicos de la Universidad de Chicago han utilizado la lente gravitacional débil para mapear la materia oscura y la energía oscura en una vasta región del cielo, confirmando el modelo cosmológico estándar. Al analizar imágenes de archivo de telescopios, el equipo expandió las mediciones de formas de galaxias, resolviendo debates sobre el crecimiento de estructuras cósmicas. Sus hallazgos alinean observaciones del universo cercano con datos del universo temprano provenientes del fondo cósmico de microondas.
En el modelo estándar Lambda-CDM, la materia oscura y la energía oscura constituyen cerca del 95 por ciento del universo, influyendo en la formación de galaxias y la expansión cósmica sin emitir luz. Astrofísicos de la Universidad de Chicago abordaron esto estudiando distorsiones sutiles en las formas de galaxias distantes causadas por la lente gravitacional, un fenómeno en el que la masa curva los trayectos de la luz.
La Dark Energy Survey (DES), realizada de 2013 a 2019, utilizó la Dark Energy Camera en el telescopio Blanco de 4 metros en el Cerro Tololo Inter-American Observatory en Chile para medir las formas de más de 150 millones de galaxias en 5.000 grados cuadrados del cielo. Sobre esta base, el proyecto Dark Energy Camera All Data Everywhere (DECADE) incorporó imágenes adicionales de archivo, casi duplicando el conjunto de datos para incluir formas de más de 100 millones de galaxias en miles de grados cuadrados extras.
«Las mediciones de lenteado débil son las mejores para sondar la 'agrupación' de la materia», explicó Dhayaa Anbajagane, estudiante de doctorado en Astronomía y Astrofísica y analista principal en los trabajos de DECADE. «Cuantificar esta agrupación arroja luz sobre el origen y la evolución de estructuras como galaxias y cúmulos de galaxias».
Las distancias a estas galaxias se estimaron mediante el corrimiento al rojo, el desplazamiento de la luz hacia longitudes de onda más rojas que indica la velocidad de recesión. Ajustando los datos al modelo Lambda-CDM, que incluye energía oscura, materia oscura, materia ordinaria, neutrinos y radiación, los resultados coincidieron con las predicciones para el crecimiento de estructuras cósmicas. Chihway Chang, profesora asociada de Astronomía y Astrofísica y responsable principal de DECADE, señaló: «Este es un modelo bien probado que ha sobrevivido a muchos, muchos exámenes en la última década, y nuestro punto de datos va a contribuir a esa historia».
De forma crucial, los hallazgos no mostraron tensiones entre las observaciones de lenteado débil y las del fondo cósmico de microondas, resolviendo un debate de cinco años. La combinación de datos de DECADE y DES creó un catálogo de 270 millones de galaxias que abarca 13.000 grados cuadrados —un tercio del cielo—, liberado a la comunidad científica este otoño.
Alex Drlica-Wagner, científica de Fermilab y profesora asociada de UChicago que lideró las observaciones de DECADE, resaltó la innovación del proyecto: «No estaba claro que el conjunto de datos de DECADE sería de suficiente calidad para realizar un análisis cosmológico, pero hemos demostrado que efectivamente puede producir resultados robustos».
Este uso no convencional de imágenes reutilizadas, tomadas para objetivos diversos como estudiar galaxias enanas o estrellas, demuestra el potencial para futuras encuestas como la Vera C. Rubin Legacy Survey of Space and Time. El esfuerzo contó con la colaboración de UChicago, Fermilab, el National Center for Supercomputing Applications de la University of Illinois Urbana-Champaign, Argonne National Laboratory, la University of Wisconsin-Madison y socios globales. Los resultados se publican en el Open Journal of Astrophysics, con el artículo principal que detalla un nuevo catálogo de formas de lenteado débil de 107 millones de galaxias.