Nuevos hallazgos que mapean el crecimiento cósmico del universo respaldan la teoría de la gravedad de Einstein

Los hallazgos, de la colaboración del Telescopio de Cosmología de Atacama que involucra a investigadores de la Universidad de Cambridge, brindan un mayor apoyo a la teoría de la relatividad general de Einstein, que ha sido la base del modelo estándar de cosmología durante más de un siglo. Los resultados ofrecen nuevos métodos para desmitificar la materia oscura, la masa invisible que se cree que representa el 85% de la materia del universo.

Durante milenios, los humanos han estado fascinados por los misterios del cosmos. Desde civilizaciones antiguas como los babilonios, griegos y egipcios hasta los astrónomos modernos, el encanto del cielo estrellado ha inspirado innumerables búsquedas para desentrañar los secretos del universo.

Y aunque los modelos que explican el cosmos han existido durante siglos, el campo de la cosmología, donde los científicos utilizan métodos cuantitativos para comprender la evolución y la estructura del universo, es relativamente nuevo: se formó a principios del siglo XX con el desarrollo de Albert Einstein. teoría de la relatividad general.

Ahora, un conjunto de documentos presentados a la Revista de cosmología y física de astropartículas por investigadores de la colaboración del Telescopio de Cosmología de Atacama (ACT) ha producido una nueva imagen que revela el mapa más detallado de la materia distribuida en una cuarta parte de todo el cielo, llegando a las profundidades del cosmos. Confirma la teoría de Einstein sobre cómo las estructuras masivas crecen y desvían la luz, con una prueba que abarca toda la edad del universo.

«Hemos mapeado la materia oscura invisible en el cielo a las distancias más grandes, y vemos claramente las características de este mundo invisible que tienen cientos de millones de años luz de diámetro», dijo el coautor, el profesor Blake Sherwin, del Departamento de Matemáticas Aplicadas y de Cambridge. Física Teórica, donde lidera un grupo de investigadores de ACT. «Parece tal como predicen nuestras teorías».

Aunque la materia oscura constituye una gran parte del universo y dio forma a su evolución, sigue siendo difícil de detectar porque no interactúa con la luz u otras formas de radiación electromagnética. Hasta donde sabemos, la materia oscura solo interactúa con la gravedad.

Para rastrearlo, los más de 160 colaboradores que han construido y recopilado datos del Telescopio de Cosmología de Atacama de la Fundación Nacional de Ciencias en los altos Andes chilenos observan la luz que emana después del amanecer de la formación del universo, el Big Bang, cuando el universo tenía solo 380.000 años. años. Los cosmólogos a menudo se refieren a esta luz difusa que llena todo nuestro universo como la «imagen infantil del universo», pero formalmente se conoce como la radiación cósmica de fondo de microondas (CMB).

El equipo rastrea cómo la atracción gravitatoria de estructuras grandes y pesadas, incluida la materia oscura, deforma el CMB en su viaje de 14 mil millones de años hacia nosotros, como una lupa que desvía la luz cuando pasa a través de su lente.

“Hemos hecho un nuevo mapa de masas utilizando las distorsiones de la luz que quedaron del Big Bang”, dijo Mathew Madhavacheril de la Universidad de Pensilvania, autor principal de uno de los artículos. «Sorprendentemente, proporciona mediciones que muestran que tanto la ‘grumosidad’ del universo como la velocidad a la que crece después de 14 000 millones de años de evolución son justo lo que cabría esperar de nuestro modelo estándar de cosmología basado en la teoría de Einstein. de la gravedad.”

“Nuestros resultados también brindan nuevos conocimientos sobre un debate en curso que algunos han llamado ‘La crisis de la cosmología’”, dijo Sherwin. Esta crisis se deriva de mediciones recientes que utilizan una luz de fondo diferente, una emitida por estrellas en galaxias en lugar de la CMB. Estos han producido resultados que sugieren que la materia oscura no era lo suficientemente grumosa según el modelo estándar de cosmología y generó preocupaciones de que el modelo podría romperse. Sin embargo, los últimos resultados del equipo de ACT pudieron evaluar con precisión que los grandes bultos que se ven en esta imagen tienen exactamente el tamaño correcto.

“Cuando los vi por primera vez, nuestras mediciones coincidían tan bien con la teoría subyacente que me tomó un momento procesar los resultados”, dijo el candidato a doctorado de Cambridge, Frank Qu, autor principal de uno de los nuevos artículos. “Pero todavía no sabemos qué es la materia oscura, por lo que será interesante ver cómo se resolverá esta posible discrepancia entre diferentes mediciones”.

“Los datos de la lente CMB compiten con estudios más convencionales de la luz visible de las galaxias en su capacidad para rastrear la suma de lo que hay”, dijo Suzanne Staggs de la Universidad de Princeton, directora de ACT. “Juntos, la lente CMB y los mejores estudios ópticos están aclarando la evolución de toda la masa del universo”.

“Cuando propusimos este experimento en 2003, esta medición ni siquiera estaba en nuestra agenda; no teníamos idea del alcance total de la información que podía extraerse de nuestro telescopio”, dijo Mark Devlin, de la Universidad de Pensilvania, Director Adjunto de ACT. «Se lo debemos a la inteligencia de los teóricos, a las muchas personas que construyeron nuevos instrumentos para hacer que nuestro telescopio sea más sensible y a las nuevas técnicas de análisis que ideó nuestro equipo».

Dado que ACT fue desmantelado a fines de 2022, se espera que se presenten más documentos que destacan algunos de los otros resultados finales el próximo año. Las observaciones continuarán en el sitio con el Observatorio Simons, incluido un nuevo telescopio que comenzará a funcionar en 2024 y que puede mapear el cielo casi diez veces más rápido.

Los artículos preimpresos destacados en este comunicado están disponibles en act.princeton.edu y aparecerán en arXiv.org de acceso abierto. Han sido enviados al Journal of Cosmology and Astroparticle Physics.

Este trabajo fue apoyado por la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU., la Universidad de Princeton, la Universidad de Pensilvania y un premio de la Fundación Canadiense para la Innovación. Los miembros del equipo de la Universidad de Cambridge recibieron el apoyo del Consejo Europeo de Investigación.

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