Nuevas Miradas al Universo Temprano y los Agujeros Negros

En el corazón de una montaña en el norte de Chile, científicos ensamblan los avanzados componentes del Observatorio Vera C. Rubin, una instalación de última generación que está a punto de revolucionar nuestro conocimiento del universo. Este observatorio, dirigido por el Departamento de Energía de Estados Unidos (DOE), albergará el Legacy Survey of Space and Time (LSST), un proyecto de exploración cósmica que, a lo largo de una década, tomará 5,5 millones de imágenes del cielo, proporcionando un volumen de datos sin precedentes. Gracias a su innovador telescopio y la cámara digital más grande del mundo, el LSST permitirá observar el universo con una amplitud y profundidad jamás logradas en anteriores sondeos.

Observtaorio Vera Rubin/Crédito: NOAO / AURA / NSF Un observatorio para explorar el universo temprano

La misión del Observatorio Rubin es investigar algunas de las preguntas más fundamentales sobre el cosmos, desde la formación de galaxias y agujeros negros supermasivos hasta la verdadera naturaleza de la materia y energía oscuras, que constituyen un asombroso 95% de la materia y energía del universo. Aunque no podemos ver directamente la materia oscura ni comprender completamente la energía oscura, podemos observar sus efectos en el movimiento de las galaxias y en la expansión acelerada del universo. La detección de estos efectos permitirá a los científicos obtener pistas esenciales sobre su naturaleza.

Una de las metas clave de esta encuesta es observar fenómenos que ocurrieron en el universo temprano, en una época tan lejana que la luz de esos eventos ha tardado miles de millones de años en llegar hasta nosotros. Estas observaciones son cruciales porque permiten entender cómo se formaron y evolucionaron las primeras galaxias y los agujeros negros supermasivos. Para captar estas señales débiles y antiguas, los investigadores están utilizando telescopios de última generación, algunos de los cuales cuentan con lentes que detectan radiación en longitudes de onda específicas que otros telescopios no pueden captar.

Preparativos para el LSST: Simulación del lado oscuro

En colaboración con el LSST, el equipo del Laboratorio Nacional Argonne del DOE y la Dark Energy Science Collaboration (DESC) están realizando simulaciones cosmológicas avanzadas, diseñadas para predecir y detectar patrones asociados a la materia y energía oscuras. Utilizando la supercomputadora Aurora, una de las primeras máquinas de exaescala capaz de realizar más de un quintillón de cálculos por segundo, los investigadores simulan cómo se vería el universo si ciertos atributos de estas fuerzas invisibles fueran ciertos. Por ejemplo, las simulaciones ayudan a explorar si la materia oscura tendría una “temperatura” leve o si la energía oscura era más intensa al comienzo del universo, algo que influiría en cómo se agrupan las galaxias o cómo evolucionan las estructuras cósmicas.

"Con el LSST y el Observatorio Rubin, realmente creemos que podemos obtener buenas limitaciones sobre lo que podrían ser la materia oscura y la energía oscura, lo que ayudará a la comunidad a seguir las direcciones más prometedoras", explica Katrin Heitmann, subdirectora de la división de Física de Altas Energías del Laboratorio Argonne.

La técnica del lente gravitacional débil

Uno de los fenómenos cruciales que investigará el LSST es el llamado "lente gravitacional débil". Este efecto ocurre cuando la luz de galaxias distantes es desviada debido a la atracción gravitacional de la materia oscura entre ellas y el observatorio. Este fenómeno distorsiona la forma y orientación de las galaxias en el cielo, y al analizar estas correlaciones, los científicos pueden obtener información clave sobre la distribución de la materia oscura. Matthew Becker, físico de Argonne, trabaja en estrecha colaboración con el Proyecto Rubin para desarrollar algoritmos que permitan estudiar la materia oscura mediante este efecto. “Si podemos medir esta correlación, podemos aprender sobre la distribución y la naturaleza de la materia oscura", señala Becker.

¿Qué esperar de la avalancha de datos?

Durante los 10 años de observación del LSST, cada imagen captada por el Observatorio Rubin será convertida en datos y enviada desde las montañas de Chile a centros de procesamiento de datos en todo el mundo. Estos centros colaborarán para preparar la información y ponerla a disposición de la comunidad científica global. La magnitud de estos datos plantea desafíos sin precedentes, pero también abre la puerta a descubrimientos revolucionarios que podrían redefinir nuestro entendimiento del universo y su composición.

Este proyecto monumental es una muestra de los logros posibles gracias a la colaboración internacional y la tecnología avanzada en astronomía. La encuesta del cielo de 2024 tiene el potencial de revelar aspectos desconocidos de la materia y energía oscuras, y con cada imagen, estaremos un paso más cerca de desentrañar los secretos más profundos del cosmos.