Imagen en rayos-X del XXL Survey. Región sur. Crédito: ESO

Telescopios del ESO han permitido a un equipo internacional de astrónomos observar en una tercera dimensión para buscar las mayores estructuras ligadas gravitacionalmente del Universo -los cúmulos de galaxias-. Las observaciones realizadas con el VLT y el complemento NTT además de otras instalaciones forman parte del estudio denominado XXL survey -uno de los mayores realizados para el estudio de cúmulos galácticos-.
Los cúmulos de galaxias son congregaciones masivas de galaxias que almacenan grandes cantidades de gas caliente -con temperaturas tan altas que generan rayos-X-. Estas estructuras son útiles para los astrónomos pues se cree que su creación está influenciada por extraños componentes -materia oscura y energía oscura-. Estudiando sus propiedades a diferentes etapas en la historia del Universo, los cúmulos de galaxias pueden ayudar a comprender mejor en lado oscuro del Universo.

El equipo, consistente en unos 100 astrónomos de todo el mundo, comenzó la cacería de los monstruos cósmicos en 2011. Aunque la radiación muy energética de los rayos-X que muestra su localización es absorbida por la atmósfera terrestre, puede ser detectada por observatorios espaciales de rayos-X. Así, se han combinado los datos del XMM-Newton de la ESA con observaciones realizadas desde el ESO y otros observatorios. El resultado es una enorme y creciente colección de datos a lo largo del espectro electromagnético, denominado como XXL Survey.
Según Marguerite Pierre, del CEA (Saclay, Francia), “El principal objetivo del XXL Survey es aportar una muestra bien definida de 500 cúmulos de galaxias de cuando el Universo tenía la mitad de su edad actual”.
El telescopio XMM-Newton ha captura imágenes de dos regiones del cielo -cada una de ellas cientos de veces el área de la Luna llena- en un intento de descubrir un gran número de cúmulos de galaxias previamente desconocidos. El equipo del XXL Survey ha publicado sus descubrimientos en una serie de papers usando los 100 cúmulos más brillantes descubiertos.
Observaciones con el instrumento EFOSC2 (instalado en el New Technology Telescope (NTT)) a la par de las realizadas con el instrumento FORS (instalado en el Very Large Telescope (VLT) del ESO) también han sido cuidadosamente analizadas. Han permitido al equipo medir con precisión las distancias a los cúmulos de galaxias, aportando la vista en tres dimensiones necesaria para realizar mediciones precisas de la materia oscura y energía oscura.
Se espera que el XXL Survey produzca muchos excitantes e inesperados resultados, pero incluso con una quinta parte de los datos, están encontrándose importantes y sorprendentes datos.
Uno de los papers explica el descubrimiento de cinco nuevos supercúmulos -cúmulos de cúmulos de galaxias-, tales como el nuestro, conocido como el supercúmulo Laniakea.
Otro de los papers muestra observaciones de un cúmulo de galaxias en concreto (conocido como XLSSC-116), situado a 6.000 millones de años luz. En este cúmulo, observado con el instrumento MUSE del VLT, se ha detectado luz difusa inusualmente brillante. Según Christoph Adami (Laboratoire d’Astrophysique, Marsella, Francia), coautor del paper, “Es la primera vez que somos capaces de estudiar en detalle la luz difusa de un cúmulo de galaxias distante, lo que muestra el poder del instrumento MUSE para estos valiosos estudios”.
El equipo ha usado también los datos para confirmar la idea de que los cúmulos de galaxias del pasado son versiones en menor escala de los observados actualmente -un importante hallazgo para la comprensión teórica de la evolución de los cúmulos a lo largo de la vida del Universo-.
El simple hecho de contar cúmulos de galaxias en los datos del XXL Survey ha confirmado un extraño resultado previamente conocido -que hay menos cúmulos distantes de los esperado en base a las predicciones de los parámetros cosmológicos medidos con el telescopio Planck de la ESA-. La razón para dicha discrepancia es desconocida, aunque el equipo espera encontrar alguna con el muestreo completo de cúmulos, en 2017.
Estos cuatro importantes resultados es únicamente el inicio de lo que nos aportará el masivo estudio de los objetos más masivos del Universo.
Fuente de la noticia: “XXL Hunt for Galaxy Clusters” de ESO.

Tal día como hoy, hace 100 años Albert Einstein presentaba en la Academia Prusiana de las Ciencias su Teoría de la Relatividad General, una nueva y potente herramienta para comprender nuestro Universo, el espacio-tiempo y una de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza, la gravedad. 
Para celebrarlo os presentamos un magnífico artículo de Verónica Casanova que nos permitirá comprender mejor los aspectos fundamentales y más destacados de una teoría que revolucionó nuestra forma de ver el Universo en su conjunto. 
Prepárese para un viaje apasionante por la curvatura del espacio-tiempo….

La Relatividad General

1.- PASADO, PRESENTE Y FUTURO.
La teoría general de la relatividad de Albert Einstein es uno de los logros más imponentes de la física del siglo veinte. Publicada en 1916, explica lo que percibimos como fuerza de gravedad. De hecho, esta fuerza surge de la curvatura del espacio y del tiempo.
Einstein propuso que los objetos como el Sol y la Tierra variaban la geometría del espacio. En presencia de materia y energía, el espacio se puede deformar y estirar,formando cordilleras, montañas y valles que causan que los cuerpos se muevan por estas “rutas” curvas. Así que aunque la Tierra parezca moverse alrededor del Sol a causa de la gravedad,en realidad, tal fuerza no existe. Es simplemente la geometría del espacio-tiempo alrededor del Sol la que dice cómo debe moverse la Tierra.
La teoría de la relatividad general tiene consecuencias de largo alcance. No sólo explica el movimiento de los planetas, sino que también puede describir la historia y la expansión del Universo, la física de los agujeros negros, la curvatura de la luz de las estrellas y las galaxias distantes.
La relatividad general: la percepción de Einstein
En 1905, a la edad de 26 años, Albert Einstein propuso su teoría de la relatividad especial. La teoría conciliaba la física de los cuerpos en movimiento desarrollada por Galileo Galilei y Newton, con las leyes de la radiación electromagnética. Se postula que la velocidad de la luz es siempre la misma, independientemente del movimiento de la persona que lo mide. La relatividad especial implica que el espacio y el tiempo se entrelazan en un grado nunca antes imaginado.
A partir de 1907, Einstein comenzó a tratar de ampliar la relatividad especial para incluir la gravedad. Su primer éxito vino cuando estaba trabajando en una oficina de patentes en Berna, Suiza. “De repente un pensamiento me golpeó”, recordó. “Si un hombre cae libremente, no sentiría su peso … Este experimento mental simple … me llevó a la teoría de la gravedad”. Se dio cuenta de que existe una profunda relación entre los sistemas afectados por la gravedad y los que están acelerando.
El próximo paso adelante se produjo cuando Einstein introdujo las matemáticas geométricas desarrolladas por los matemáticos alemanes del siglo XIX Carl Friedrich Gauss y Bernhard Riemann. Einstein aplicó su trabajo para escribir las ecuaciones que relacionan la geometría del espacio-tiempo con la energía que contiene. Ahora conocidas como las ecuaciones de campo de Einstein, fueron publicadas en 1916, y sustituyeron a la ley de la Gravitación Universal de Newton. Estas ecuaciones siguen utilizándose hoy en día.
Usando la ley de la relatividad general, Einstein formuló una serie de predicciones. Demostró, por ejemplo, cómo su teoría explicaba el movimiento del planeta Mercurio. También predijo que un objeto masivo,como el Sol, debe distorsionar el camino que recorre la luz al pasar cerca de él. La geometría del espacio se comporta entonces como si fuera una lente.
Einstein también sostuvo que la longitud de onda de la luz emitida por una fuente cercana a un objeto masivo se debería estirar, es decir, debería sufrir un corrimiento hacia el rojo, ya que sale del espacio-tiempo curvado cercano al objeto masivo. Estas tres predicciones ahora se llaman las tres pruebas clásicas de la relatividad general.

La relatividad general.
En 1919, el astrónomo inglés Arthur Eddington  viajó a la isla de Príncipe situada en la costa de África occidental para ver si podía detectar la lente de la luz predicha por la relatividad general. Su plan era observar un cúmulo brillante de estrellas llamadas las Híades en el momento en el que el Sol pasaba delante de ellas. Para ver la luz de las estrellas, Eddington necesitaba un eclipse total de Sol para suprimir el resplandor del nuestra estrella.
Si la teoría de Einstein es correcta, las posiciones de las estrellas de las Híades deberían cambiar en un porcentaje aproximado de una parte entre dos mil de un grado.
Para señalar la posición de las Híades en el cielo, Eddington primero tomó una fotografía en la noche de Oxford. Luego, el 29 de mayo de 1919, fotografió a las Híades mientras yacían casi directamente detrás del Sol durante el eclipse total que se produjo ese día en la isla de Príncipe. Comparando las dos mediciones, Eddington fue capaz de demostrar que el cambio fue como Einstein había predicho y demasiado grande para ser explicado por la teoría de Newton.
Tras la expedición del eclipse, hubo cierta controversia en creer que los datos del análisis de Eddington habían sido correctos. Pero en la década de 1970, cuando las placas fotográficas fueron analizadas nuevamente, el análisis de Eddington demostró ser correcto.
El periódico The Times de Londres publicó: “triunfa la Teoría de Einstein”. A partir de entonces, a medida que se han demostrado más consecuencias de su teoría, la relatividad general se ha arraigado en el saber popular, con su descripción de un Universo en expansión y los famosos agujeros negros. En 1959, Robert Pound y Glen Rebka anunciaban la comprobación del corrimiento al rojo de la luz (corrimiento de la longitud de onda), emitida por una estrella que se aleja de la Tierra a gran velocidad, lo que constituía la tercera prueba clásica, propuesta por Einstein en 1907.
2. CÓMO LA RELATIVIDAD GENERAL DA FORMA A NUESTRO UNIVERSO
La teoría general de la relatividad de Einstein ha revelado que el Universo es un lugar extremo. Ahora sabemos que era caliente y denso, y que se ha expandido durante los últimos 13,7 mil millones años. También dedujo la existencia de regiones tan densas que deforman el espacio-tiempo, llamadas agujeros negros que atrapan todo lo que entran en sus garras.
Agujeros negros en la Teoría General de la Relatividad.
Poco después de que Einstein propusiera su teoría de la relatividad general, un físico alemán llamado Karl Schwarzschild encontró una de las primeras y más importantes soluciones a las ecuaciones de campo de Einstein. Ahora conocida como la solución de Schwarzschild, este resultado describe la geometría del espacio-tiempo alrededor de estrellas muy densas, teniendo algunas características muy extrañas.
Para empezar, justo en el centro de tales organismos, la curvatura del espacio-tiempo se hace infinita, formando una característica llamada singularidad. Una característica aún más extraña es una superficie esférica invisible, conocida como el horizonte de sucesos, alrededor de dicha singularidad. Nada, ni siquiera la luz, puede escapar del horizonte de sucesos. Casi se puede pensar en la singularidad de Schwarzschild como un agujero en el tejido del espacio-tiempo.
En la década de 1960, el matemático neozelandés Roy Kerr descubrió una clase más general de soluciones para las ecuaciones de campo de Einstein. Describen objetos densos que están girando, y son incluso más extraños que la solución de Schwarzschild.
Los objetos que las soluciones de Schwarzschild y de Kerr describen se conocen como agujeros negros. Aunque todavía no se ha visto directamente ningún agujero negro, hay pruebas abrumadoras de su existencia. Normalmente se detectan a través de los efectos que tienen en las inmediaciones de cuerpos astrofísicos tales como las estrellas o el gas.
El Universo en expansión.
Una de las predicciones más sorprendentes de la relatividad general la obtenemos si tenemos en cuenta lo que ocurre en el Universo en su conjunto.
Poco después de que Einstein publicara su teoría, el meteorólogo y matemático ruso Alexander Friedmann y el sacerdote belga Georges Lemaître demostraron que el Universo debe evolucionar en respuesta a toda la energía que contiene. Argumentaron que el Universo debería tener un inicio pequeño y denso, para expandirse y diluirse con el tiempo. Como resultado, las galaxias se alejarían unas de las otras.
Einstein no confiaba en esta conclusión de Friedmann y Lemaître, sino que él creía en un Universo estático. Pero un descubrimiento realizado por el astrónomo estadounidense Edwin Hubble hizo que cambiara de idea.
Hubble analizó el alejamiento de las galaxias de la Vía Láctea. Descubrió que las galaxias distantes se alejan más rápido que aquellas que están relativamente cerca. Las observaciones de Hubble demostraron que el Universo se está expandiendo. Este modelo del cosmos fue conocido más tarde como el Big Bang.
En los últimos 20 años, un gran número de observaciones de gran alcance realizadas por los satélites y los grandes telescopios han aportado aún más evidencias de la evolución y expansión del Universo. Hemos obtenido una medida exacta de la tasa de expansión del Universo y de la temperatura de la radiación remanentes del Big Bang, y hemos podido observar galaxias jóvenes cuando el Universo estaba en su infancia. Ahora se acepta que el Universo tiene aproximadamente 13,7 mil millones de años.
3. FRONTERAS DE LA TEORÍA GENERAL DE LA RELATIVIDAD.
La relatividad general predice que el Universo está lleno de fenómenos exóticos. El espacio-tiempo puede temblar como la superficie de un estanque y parece estar lleno de una misteriosa forma de energía que está expandiendo el Universo. También es posible que el espacio-tiempo esté tan deformado que sea posible viajar hacia atrás en el tiempo.
Ondas gravitatorias.
Según la relatividad general de la relatividad, incluso el espacio-tiempo vacío de estrellas y galaxias, puede tener una vida propia. Las conocidas ondas gravitacionales se pueden propagar a través del espacio de la misma manera que las ondas repartidas en la superficie de un estanque.
Una de las pruebas restantes de la relatividad general es medir directamente las ondas gravitacionales. Con este fin, los físicos experimentales han construido el Observatorio de Interferometría Láser de Ondas Gravitatorias (LIGO) en Hanford, Washington, y Livingston, Louisiana. Cada experimento consta de rayos láser que se reflejan entre espejos colocados hasta a 4 kilómetros de distancia. Si una onda gravitacional pasa a través del espejo, distorsiona ligeramente el espacio-tiempo, dando lugar a un cambio en los rayos láser. Al monitorizar las variaciones de tiempo en los rayos láser, es posible buscar los efectos de las ondas gravitacionales.
Nadie ha detectado una onda gravitacional directamente, pero tenemos pruebas indirectas de que existen, como las halladas en los púlsares.
El Universo oscuro.
El Universo en expansión predicho por la relatividad general se ha convertido en una teoría firmemente arraigada en la ciencia moderna. A medida que nuestra capacidad de observar galaxias lejanas ha mejorado, el mapa del Cosmos se ha ampliado, generando una imagen de un Universo que ha revelado características muy exóticas.
Para empezar, los astrónomos han sido capaces de medir la velocidad de las galaxias espirales distantes, y esto muestra que la periferia de las galaxias están girando demasiado rápido como para ser frenadas por la masa de las estrellas y el gas que contienen. Más masa es necesaria en las galaxias para generar la suficiente gravedad que muestran en su comportamiento.
La explicación popular es que las galaxias contienen grandes cantidades de otras formas de materia conocida como “materia oscura” porque no emite ni refleja la luz. La materia oscura se agrupa alrededor de las galaxias y los cúmulos de galaxias en bolas gigantescas conocidas como halos.
Gravedad cuántica.
La relatividad general es sólo uno de los pilares de la física moderna. El otro es la mecánica cuántica, que describe lo que sucede a escala atómica y subatómica. Su encarnación moderna, la teoría cuántica de campos, ha sido un éxito espectacular para describir y predecir el comportamiento de las partículas y las fuerzas fundamentales.
El principal desafío ahora es combinar las dos ideas en una teoría general, que se conocerá como la gravedad cuántica. Esta teoría sería crucial para explicar los primeros instantes del Big Bang, cuando el Universo era denso, caliente y pequeño, o lo que ocurre cerca de la singularidad en los núcleos de un agujero negro, donde los efectos de la física cuántica pueden competir con los de la relatividad general.
Aunque no existe todavía ninguna teoría definitiva de la gravedad cuántica, hay varias teorías candidatas siendo exploradas. Una de ellas es la teoría de cuerdas.
Crédito: LSST

Los sensibles sensores de la cámara que usará el Large Synoptic Survey Telescope (LSST), que está previsto que comience a operar en Chile para el año 2020, han superado satisfactoriamente el test de funcionamiento. Dicho test ha sido realizado por el Laboratorio Nacional en Brookhaven, del Departamento de Energía de EEUU. El LSST realizará un estudio sistemático de 10.000 millones de galaxias con el objetivo de profundizar en el estudio de la materia y energía oscura.
Para el test, los investigadores que lo realizaron buscaron defectos con un tamaño de micrómetros en los sensores, pixel por pixel. No hay que olvidar el enorme esfuerzo que se ha debido realizar a fin de garantizar la máxima calidad, pues la cámara compuesta de 200 sensores con una resolución de 3,2 gigapixels (200 veces mayor que la mayor parte de la cámaras fotográficas que se venden en el mercado)

Quásar PKS 1127-145. Crédito: NASA

Un equipo de astrónomos de la VU University (Holanda) y de la Swinburne University of Technology (Australia), empleando datos recopilados por el VLT (Chile), han llegado a la conclusión de no ha ocurrido cambio en el ratio de masa del protón y del electrón durante al menos los últimos 12.000 millones de años. Para ello han estudiado el espectro de absorción de la luz de un distante quásar tras pasar por una galaxia situada visualmente delante. Para ello han medido la energía de las transiciones del hidrógeno molecular con una precisión de 10^(-6).
Algunas teorías proponen que la energía oscura podría evolucionar en el tiempo y modificar en algún modo algunas constantes como la gravitatoria o la velocidad de la luz. Por ello, y dado que tanto la masa del protón como la del electrón se consideran constantes fundamentales, medir el ratio de masa entre ambos en el pasado y compararlo con el valor actual, ayuda a comprender si efectivamente la evolución temporal de la energía oscura puede tener como consecuencia la variación en las constantes. El artículo ha sido publicado en Physical Review Letters

Las observaciones de Planck y otros satélites ayudan resolver la ecuación de estado de la energía oscura. / ESA
Entre las muchas teorías que tratan de explicar la naturaleza de la energía oscura se encuentran la quintaesencia y los campos fantasmas, dos hipótesis formuladas a partir de los datos de satélites como Planck y WMPA. Ahora dos investigadores de Barcelona y Atenas plantean que ambas posibilidades son solo un espejismo en las observaciones y es el vacío cuántico el que podría estar detrás de esa energía que mueve nuestro universo.

Los cosmólogos consideran que unas tres cuartas partes del universo están constituidas por una misteriosa energía oscura que explicaría su expansión acelerada. La verdad es que no saben lo que puede ser, así que plantean posibles soluciones.

Una es que exista la quintaesencia, un agente invisible gravitatorio que en lugar de atraer, repele y acelera la expansión del cosmos. Desde el mundo clásico hasta la Edad Media, ese término hacía referencia al éter o quinto elemento de la naturaleza, junto a la  tierra, el agua, el fuego y el aire.

Otra posibilidad es la presencia de una energía o campo fantasma, cuya densidad aumenta con el tiempo provocando una aceleración cósmica exponencial. Esta llegaría a ser tan alta que podría romper las fuerzas nucleares en los átomos y poner fin al universo en unos 20.000 millones de años, en el llamado Gran Desgarro o Big Rip.
Los datos experimentales que sirven de base para estas dos hipótesis proceden de satélites como Planck de la Agencia Espacial Europea (ESA) y Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) de la NASA. Las observaciones de las dos sondas son esenciales para resolver la denominada ecuación de estado de la energía oscura, una fórmula matemática que la caracteriza, igual que los estados sólido, líquido y gaseoso tienen la suya.
Pero ahora investigadores de la Universidad de Barcelona (UB) y la Academia de Atenas (Grecia) han utilizado los mismos datos satelitales para demostrar que el comportamiento de la energía oscura no necesita recurrir ni a la quintaesencia ni a la energía fantasma para ser explicado. Los detalles se publican en la revista Montly Notices of the Royal Astronomical Society.
“Nuestro estudio teórico demuestra que la ecuación de estado de la energía oscura puede simular un campo de quintaesencia, o incluso un campo fantasma, sin serlo en realidad; así que cuando observamos estos efectos a partir de las observaciones de WMAP, Planck y otros instrumentos, lo que estamos viendo es un espejismo”, dice Joan Solà, uno de los autores.
Nada más lleno que el vacío cuántico
“Lo que pensamos que ocurre es un efecto dinámico del vacío cuántico, un parámetro que podemos calcular”, explica el investigador. El concepto de vacío cuántico no tiene nada que ver con la noción clásica de la nada absoluta. “No hay nada más ‘lleno’ que el vacío cuántico –subraya Solà–, ya que está repleto de fluctuaciones que contribuyen de forma fundamental a los valores que observamos y medimos”.
La propuesta de estos científicos es que la energía oscura es un tipo de energía del vacío cuántico que actúa en la expansión acelerada de nuestro universo. El inconveniente con este extraño vacío es que origina problemas como el de la constante cosmológica, una discrepancia en los datos teóricos y las predicciones de la teoría cuántica que trae de cabeza a los físicos.
“Sin embargo, la quintaesencia y los campos fantasmas todavía son más problemáticos, así que la explicación basada en el vacío cuántico dinámico podría ser la más simple y natural”, concluye Solà.
Enlace original: SINC

[Fuente de la noticia: Agencia Sinc]

DECam está instalada en el telescopio Victor Blanco (cúpula gris) en Chile. / T. Abbott-NOAO/AURA/NSF.


Hace un año captó su primera imagen. Ahora, desde el pasado 31 de agosto, ha comenzado a operar de forma oficial. Se trata de la camara DECam del proyecto Dark Energy Survey (DES), con el que los científicos mapearán de forma sistemática una octava parte del cielo (5.000 grados cuadrados) con un detalle sin precedentes.
El inicio del cartografiado, que durará cinco años, es la culminación de una década de planificación, construcción y puesta a punto de la instrumentación por parte de investigadores de 25 instituciones de seis países.
El objetivo es averiguar por qué la expansión del universo se está acelerando, en lugar de frenarse debido a la gravedad, así como desentrañar el origen de la misteriosa energía oscura, la fuerza que creemos que es la causa de la aceleración.
“Con el inicio del cartografiado, el trabajo de más de 200 colaboradores empieza a dar sus frutos”, afirma el director de DES Josh Frieman, del Laboratorio del Acelerador Nacional Fermi (Fermilab) del Departamento de Energía de EEUU.

Mostrar la naturaleza de la materia y la energía
“Es un momento emocionante –añade– en la cosmología, cuando podemos utilizar las observaciones del universo distante para mostrarnos la naturaleza fundamental de la materia, energía, espacio y tiempo”.
La herramienta principal del cartografiado es la cámara de energía oscura (DECam), una cámara digital de 570 megapíxeles construida en el laboratorio Fermilab en Batavia, Illinois, y montada en el telescopio Victor M. Blanco, de 4 metros, en el Observatorio Interamericano de Cerro Tololo que la Fundación Nacional de Ciencia de Estados Unidos tiene en Chile.
La cámara incluye 5 lentes construidas de forma muy precisa –una de ellas de casi un metro de diámetro–, y que, en conjunto, proporcionan imágenes extremadamente nítidas sobre la totalidad de su campo de visión.
La cámara DECam es el instrumento más poderoso construido para este tipo de cartografiado. Con cada imagen instantánea, será capaz de ver la luz de más de 100.000 galaxias alejadas hasta 8 mil millones de años luz de distancia.
Participación española
La construcción de esta cámara es el resultado de una colaboración internacional, en la que han tenido una participación destacada el Instituto de Ciencias del Espacio (ICE, CSIC/IEEC) y el Institut de Física d’Altes Energies (IFAE) de Barcelona y el CIEMAT, con la contribución de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM).
El consorcio español ha jugado un papel clave en la construcción y puesta en funcionamiento de DECam, diseñando, construyendo y verificando la electrónica de alta velocidad que realiza la lectura y control de los detectores CCDs de la cámara.
Además ha diseñado e implementado el software que permite que el telescopio apunte con precisión. También ha producido simulaciones a gran escala del universo que permiten desarrollar y probar los métodos de análisis científico e interpretar las observaciones.  
“Es una gran satisfacción ver cómo el trabajo de tantos años finalmente se ha materializado en esta cámara tan potente y podemos empezar ahora a cartografiar el universo para investigar sus secretos”, comenta Francisco Javier Castander del ICE.
En cinco años, el cartografiado obtendrá imágenes en color de 300 millones de galaxias y 100.000 cúmulos de galaxias y descubrirá 4.000 nuevas supernovas, muchas de las cuales ocurrieron cuando el universo tenía la mitad de su tamaño actual.
Los datos recogidos serán analizados en el Centro Nacional para Aplicaciones de Supercomputación (NCSA) de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, y luego enviados a los científicos de la colaboración y el público.
Con las observaciones obtenidas no será posible ver de forma directa la energía oscura. Sin embargo, mediante el estudio de la expansión del universo y el crecimiento de la estructura a gran escala con el tiempo, el estudio proporcionará a los científicos las mediciones más precisas, hasta la fecha, de las propiedades de la energía oscura.
El cartografiado utilizará cuatro métodos para encontrar evidencias de la energía oscura (conteo de cúmulos, medición de supernovas, estudio de la curvatura de la luz y uso de sondas sonoras). “La combinación de estas cuatro técnicas hacen que el Dark Energy Survey tenga una capacidad única en el mundo para ayudarnos a entender el misterio de la naturaleza de la energía oscura, que es la clave para descubrir cuál será el destino final del universo”, explica Ramon Miquel, del IFAE.
“La energía oscura es uno de los más grandes misterios de la ciencia actual, y solamente utilizando varias técnicas podremos avanzar en el estudio de sus propiedades. El proyecto DES permitirá un enorme avance, que puede traernos descubrimientos fascinantes”, añade Eusebio Sánchez, del CIEMAT.
Dark Energy Survey está financiado por la Oficina de Ciencia del Departamento de Energia y la Fundación Nacional de Ciencia, ambas de EEUU, junto a organismos de financiación en España, el Reino Unido, Brasil, Alemania, Suiza y de las instituciones participantes.
Cuatro métodos para cartografiar y estudiar la energía oscura

Conteo de cúmulos de galaxias. Mientras que la gravedad atrae la masa para formar galaxias, la energía oscura la repele separándola. DECam verá la luz de 100.000 cúmulos de galaxias que se encuentran a miles de millones de años luz de distancia. Contando el número de cúmulos de galaxias en diferentes épocas permite estudiar esta competición cósmica entre la gravedad y la energía oscura
Medición de supernovas. Una supernova es una estrella que explota y puede llegar a ser tan brillante como toda una galaxia, compuesta de billones de estrellas. Midiendo su brillo desde la Tierra, los científicos pueden saber a qué distancia se encuentran. Esta información puede ser utilizada para determinar la rapidez con que el universo ha estado expandiéndose desde la explosión de la estrella. El cartografiado Dark Energy Survey pretende descubrir 4.000 de estas supernovas, las cuales explotaron hace miles de millones de años en galaxias que se encuentran a miles de millones de años luz de distancia.
Estudio de la curvatura de la luz. Cuando la luz de las galaxias distantes que viaja por el espacio se encuentra con la materia oscura, tiende a curvarse alrededor de la misma, haciendo que las galaxias aparezcan distorsionadas en las imágenes que se obtienen con el telescopio. El estudio medirá las formas de 200 millones de galaxias, para así revelar la batalla que existe entre la gravedad y la energía oscura al dar forma a las acumulaciones de materia oscura en el espacio.
Uso de ondas sonoras para elaborar un mapa a gran escala de la expansión del universo con el tiempo. Cuando el universo tenía menos de 400.000 años, la interacción entre la materia y la luz generó una serie de ondas sonoras viajando a casi dos tercios de la velocidad de la luz. Estas ondas dejaron su huella en la distribución de galaxias en el universo. El Dark Energy Survey medirá las posiciones en el espacio de 300 millones de galaxias para encontrar esa huella impresa en la distribución de las galaxias y utilizar la información que proporciona para inferir la historia de la expansión cósmica.

[Fuente de la noticia: Agencia Sinc]

Un equipo de investigadores del Laboratoire Univers et Theorie (LUTH, Francia), coordinados por Jean-Michel Alimi, han desarrollado el primer modelo computacional de simulación de la estructura del universo observable entero, desde el Big Bang hasta la actualidad.
La simulación ha permitido seguir la evolución de 550 billones de partículas. Esta es la primera de tres ejecuciones [de la simulación] que forman parte de un proyecto excepcional llamado Deus: movimiento del universo completo, desarrollado usando el nuevo superordenador CURIE de la sociedad GENCI (Grand Equipement National de Calcul Intensif), situado en el TGCC (Très Grand Centre de Calcul del CEA). Esta simulación, cubriendo las dos ejecuciones adicionales previstas para finales de Mayo de 2012, darán el apoyo y conocimiento para proyectos futuros dedicados a la observación y mapeado del universo. Estas simulaciones incluirán la naturaleza de la energía oscura y sus efectos en la formación de estructuras cósmicas, y a partir de ahí la distribución de materia oscura y galaxias en el universo.

Después de varios años de investigación, seis científicos del grupo de cosmología del LUTH, han desarrollado el primer modelo computacional de simulación de la estructura del universo observable entero, desde el Big Bang hasta la actualidad. Esta primera simulación del modelo estándar del universo con una constante cosmológica, será continuada con dos ejecuciones adicionales enfocadas en la evolución cosmológica de modelos con energía oscura, el misterioso componente introducido para encajar con la expansión acelerada del universo. ¿Que marca deja la energía oscura en el universo? E inversamente, ¿cómo puede la naturaleza de la energía oscura ser inferida a partir de observaciones de la distribución de materia en el universo? Estas son dos preguntas fundamentales que el proyecto Deus: movimiento del universo completo busca responder.

La simulación del modelo cosmológico estándar ha permitido a los investigadores descubrir un número importante de propiedades relativas a la distribución de la materia en el universo. Por ejemplo, han estimado con éxito el número total de cúmulos de galaxias con masa mayor que cien mil billones de masas solares. Estos cúmulos actualmente ascienden a 144 millones. Los investigadores han encontrado que el primer cúmulo de galaxias en el universo observable actualmente pesa 15 cuatrillones (o 15.000 trillones) de masas solares. Los datos generados con la ejecución también han permitido que los científicos evalúen la distribución espacial las fluctuaciones de densidad de materia oscura. Estas fluctuaciones tienen el mismo origen que las encontradas en la radiación de microondas del fondo cósmico, resultantes del Big Bang y observadas con las misiones WMAP y Planck. Estas mediciones fueron obtenidas en una simulación que cubre la historia evolutiva completa del universo con una precisión sin precedentes y en un rango de escalas mucho mayor, desde pocas millonésimas del tamaño actualizar del universo observable entero. Esto también ha mostrado con precisión sin precedentes las marcas del plasma primordial en la distribución de la materia oscura. Esta simulación también podría ser una mina de oro de nuevos resultados para la comunidad investigadora en cosmología.
La implementación de este excepcional proyecto no habría sido posible sin los potentes recursos disponibles por los investigadores en el Grand Equipement National de Calcul Intensif (GENCI), cuyo su nuevo superordenador CURIE está equipado con más de 92.000 CPUs y puede realizar dos millones de billones de operacioens por segundo (2 PFlogs/s). El superordenador CURIE está situado y operado por el CEA en el Très Grand Centre de Calcul, en Bruyères-le-Châtel (Essonne). Diseñado por Bull, es uno de los cinco superordenadores más potentes del mundo.

La implementación de Deus: movimiento del universo completo representa un nuevo avance en el desarrollo de la supercomputación. La primera simulación en el proyecto ha superado ampliamente las más avanzadas simulaciones cosmológicas llevadas a cabo durante los últimos años por diversas colaboraciones internacionales en las mayores instalaciones de supercomputación a lo largo del mundo. El proyecto entero usará más de 30 millones de horas (sobre 3500 años) de tiempo de computación virtual en todas las CPUs de CURIE. Más de 150 PBytes de información (el equivalente a 30 millones de DVDs) serán generados durante las ejecuciones. Gracias al avanzado e innovador proceso de reducción de información desarrollado por los investigadores, el total de información útil almacenada puede ser reducida a 1 PByte.

En el modelo cosmológico estándar con una constante cosmológica, es ahora posible analizar la distribución de materia oscura y galaxias a través del cosmos sobre una distancia equivalente a 90 billones de años luz y seguir su evolución a lo largo de la historia completa del universo.

El resultado de estos viajes a lo largo del universo observable completo, retrocediendo desde hoy en día hasta el Big Bang para los tres modelos cosmológicos, está previsto para finales de Mayo de 2012. Estos resultados mejorarán el conocimiento de la influencia de la energía oscura en las estructuras del universo. También aportará un apoyo excepcional para el desarrollo e interpretación de presentes y futuros catálogos cósmicos de grandes proyectos observacionales, especialmente aquellos internacionales lanzados por agencias espaciales. Entre ellos la misión EUCLID, seleccionada por la ESA, la Agencia Espacial Europea.

[Noticia original: Phys.org]

El famoso SDSS (Sloan Digital Sky Survery) acaba de anunciar la publicación de un nuevo paquete de datos, el SDSS-III, para este mes. Desde 2008, y hasta 2014, el SDSS está haciendo 4 estudios usando el telescopio del Observatorio Apache Point (Nuevo Méjico, USA) de 2,5 m. Los datos serán públicos. El proyecto se centra en cuatro estudios:
BOSS: Energía oscura y geometría del espacio
SEGUE-2: Estudio de la zona más exterior de la Vía Láctea
APOGEE: EStudio de la zona más interna de la Vía Láctea
MARVELS: Caracterización de exoplanetas
Telescopio usado para el SDSS-III. Fuente: SDSS
Más información en la página web de SDSS-III.