Cosmologia: Dimecres la Col·laboració DESI (Dark Energy Spectroscopic Instrument) feia públics nous reports sobre el primer lliurament de dades (DR1) i sobre conclusions cosmològiques al voltant del segon lliurament de dades (DR2). Recordem que el novembre passat havien fet públic el DR1, que abastava un any de dades. Encara trigaran una mica per publicat íntegrament el DR2. Ara com ara, però, dades corresponents als primers tres anys de DESI indiquen el caràcter dinàmic de l’energia fosca.
La Col·laboració DESI utilitza el telescopi Mayall del Kitt Peak National Observatory (a la foto) per aconseguir els espectres òptics de desenes de milions de galàxies i quàsars. Globalment el desplaçament de les línies espectrals obeeix a l’expansió de l’univers, de manera que és una forma indirecta d’estudiar l’energia fosca.
Espectroscòpia de l’energia fosca
La Col·laboració DESI (Instrument Espectroscòpic d’Energia Fosca) s’inicià el maig del 2021, amb la intenció de fer en cinc anys una exploració del desplaçament al vermell d’objectes extragalàctics. El desplaçament el podem mesurar com una ratio 1+z entre la longitud d’ona a la qual apareixeria la línia espectral en un objecte astronòmic de velocitat radial nul·la i la longitud d’ona a la qual apareix realment. El valor de z és negatiu quan l’objecte té una velocitat radial negativa (és a dir que s’acosta a nosaltres) i és positiu quan la velocitat radial és positiva (l’objecte s’allunya de nosaltres). La majoria d’objectes extragalàctics tenen un valor z positiu. La Col·laboració DESI s’adreça preferentment a objectes extragalàctics amb un z entre 0 i 4.
En l’actualitat la Col·laboració DESI disposa de dades espectroscòpiques de 18,7 milions de galàxies, quàsars i estels. Això fa possible la construcció d’un mapa detallat de l’estructura tridimensional de l’univers per a una z < 4. En termes generals la z es correspon a la distància, i aquesta es correspon a l’antiguitat de la llum que rebem de cada objecte.
Un primer objectiu científic de la Col·laboració DESI és establir constriccions precises de l’equació d’estat de l’energia fosca. Per a objectes z < 4, l’expansió de l’univers és governada majoritàriament per l’energia fosca.
Un segon objectiu científic és establir constriccions precises del creixement de l’estructura a gran escala de l’univers. Aquesta estructura és deguda a l’acció gravitacional de la matèria, principalment de l’anomenada matèria fosca.
Un tercer objectiu és establir constriccions a la suma de masses de neutrinos.
Un quart objectiu cosmològic és trobar signatures observacionals de la inflació primordial que marcà els primers temps del nostre univers.
Abdul Karim et al. (2025a) presenten el Primer Lliurament de Dades de DESI (DR1), que consisteix en totes les dades adquirides durant els primers tretze mesos de l’observació principal. Han fet també un reprocessament uniforme de les dades de validació prèviament publicades. En el DR1 hi h ha dades de desplaçament al vermell d’alta confiança per a 18,7 milions d’objectes astronòmics, dels quals 13,1 milions són galàxies, 1,6 milions són quàsars i 4 milions són estels. Mai abans hom havia disposat d’una base de dades tan àmplia de desplaçaments al vermell extragalàctics. Aquestes dades són accessibles en forma de catàlegs d’estructura a gran escala.
Oscil·lacions Acústiques Bariòniques del Bosc Alfa de Lyman-α en el DR2 de DESI
Els boscos de Lyman-α són línies espectrals de galàxies i quàsars distants que deriven de la transició electrònica homònima de l’àtom neutre d’hidrogen. El bosc LyA pot presentar oscil·lacions acústiques degut a l’acció de la matèria bariònica (BAO). Abdul Karim et al. (2025b) presenten ara mesures de BAO sobre LyA corresponents al Segon Lliurament de Dades de DESI (DR2). Aquestes mesures inclouen tant l’autocorrelació de l’absorció de bosc LyA en els espectres de quàsars amb un desplaçament al vermell elevat com la correlació creuada de l’absorció amb les posicions dels quàsars.
La mida mostral de mesures BAO de DR2 és del doble que les mesures de DR1. Les mesures de bosc abasten 820.000 espectres de quàsars, i les de posició a 1,2 milions de quàsars.
Amb DR2, l’escala BAO assoleix una precisió estatística del 1,1% al llarg de la línia de visió, que arriba a l’1,3% en la perpendicular d’aquesta línia. La precisió combinada de l’escala BAO isotròpica és del 0,65% per a un valor efectiu de z = 2,33. Això permet fer una estimació de la distància de Hubble (DH = c/H(z)) de manera que DH(zeff)/rd = 8,632 ± 0,098 ± 0,026, on rd és l’horitzó sonor en l’època d’arrossegament. La distància comòbil transversal DM seria expressable com a DM(zeff)/rd = 38,99 ± 0,52 ± 0,12.
Andrade et al. (2025) han validat les mesures BAO de galàxies i quàsars de DESI DR2. Casas et al. (2025) han validat les anàlisis Lyα BAO de DESI amb l’ús de bases de dades sintètiques. Brodzeller et al. (2025) han construït un catàleg d’absorbidors de Lyα.
Implicacions cosmològiques del DR2 de DESI
Abdul Karim et al. (2025c) presenten dades de mesures de BAO corresponents a més de 14 milions de galàxies i quàsars del DESI DR2, acumulats al llarg de tres anys de funcionament.
Els resultats DR2 BAO són consistents als d’altres conjunts de dades com DR1 DESI o SDSS. Les relacions entre distància i desplaçament al vermell coincideixen amb les de compilacions recents de supernoves amb un valor de z semblant.
Aquests resultats es poden descriure bé amb el model cosmològic pla ΛCDM. Els paràmetres preferits per la BAO estimada difereixen amb un valor 2,3σ dels determinats amb la radiació còsmica de fons (CMB). Els resultats DESI són coherents amb l’escala angular acústica mesurada per la missió Planck.
La tensió entre DR2 DESI i CMB es pot alleujar si hom aplica un model d’energia fosca amb una equació d’estat que evoluciona en el temps. Els paràmetres d’aquesta evolució serien w0 > -1 i wa < 0. Això suposa apartar-se del model cosmològic estàndard.
La combinació de dades de DESI i de CMB permet establir un límit superior amb el 95% de confiança de la suma de masses de neutrinos. Aquest límit se situa en 0,064 eV si hom adopta la cosmologia estàndard ΛCDM. Si, en canvi, hom adopta el model cosmològic w0wa, el límit puja a 0,16 eV (Elbers et al., 2025). Per tot plegat, la Col·laboració DESI considera que una energia fosca dinàmic ofereix una possible solució a les discrepàncies que pateix el model cosmològic estàndard amb un seguit d’observacions.
Lodha et al. (2025) assenyalen que l’evidència a favor d’una energia fosca dinàmica és especialment clara en l’univers més recent (z < 0,3). Amb el temps, doncs, la densitat de l’energia fosca aniria a la baixa. Això podria comportar una eventual desacceleració de l’expansió de l’univers i, qui sap, si una eventual frenada o una reversió degut a l’acció de matèria fosca.
Lligams:
- Data Release 1 of the Dark Energy Spectroscopic Instrument. DESI Collaboration (18/03/2025).
- DESI DR2 Results I: Baryon Acoustic Oscillations from the Lyman Alpha Forest. DESI Collaboration (18/03/2025).
- DESI DR2 Results II: Measurements of Baryon Acoustic Oscillations and Cosmological Constraints. DESI Collaboration (18/03/2025).
- Validation of the DESI DR2 Measurements of Baryon Acoustic Oscillations from Galaxies and Quasars. DESI Collaboration (18/03/2025).
- Validation of the DESI DR2 Lyα BAO analysis using synthetic datasets. L. Casas, H. K. Herrera-Alcantar, J. Chaves-Montero, A. Cuceu, A. Font-Ribera, M. Lokken, M. Abdul Karim, C. Ramírez-Pérez, J. Aguilar, S. Ahlen, U. Andrade, E. Armengaud, A. Aviles, S. Bailey, S. BenZvi, D. Bianchi, A. Brodzeller, D. Brooks, R. Canning, A. Carnero Rosell, M. Charles, E. Chaussidon, T. Claybaugh, K. S. Dawson, A. de la Macorra, A. de Mattia, Arjun Dey, Biprateep Dey, Z. Ding, P. Doel, D. J. Eisenstein, W. Elbers, S. Ferraro, J. E. Forero-Romero, C. Garcia-Quintero, Lehman H. Garrison, E. Gaztañaga, H. Gil-Marín, S. Gontcho A Gontcho, A. X. Gonzalez-Morales, C. Gordon, G. Gutierrez, J. Guy, M. Herbold, K. Honscheid, C. Howlett, D. Huterer, M. Ishak, S. Juneau, R. Kehoe, D. Kirkby, T. Kisner, A. Kremin, O. Lahav, M. Landriau, J.M. Le Goff, L. Le Guillou, A. Leauthaud, M. E. Levi, Q. Li, M. Manera, P. Martini, A. Meisner, J. Mena-Fernández, R. Miquel, J. Moustakas, D. Muñoz Santos, A. D. Myers, S. Nadathur, L. Napolitano, G. Niz, H. E. Noriega, E. Paillas, N. Palanque-Delabrouille, W. J. Percival, Matthew M. Pieri, C. Poppett, F. Prada, I. Pérez-Ràfols, C. Ravoux, G. Rossi, E. Sanchez, D. Schlegel, M. Schubnell, H. Seo, F. Sinigaglia, D. Sprayberry, T. Tan, G. Tarlé, P. Taylor, W. Turner, M. Vargas-Magaña, M. Walther, B. A. Weaver, M. Wolfson, C. Yèche, P. Zarrouk, R. Zhou (18/03/2025).
- Construction of the Damped Lyα Absorber Catalog for DESI DR2 Lyα BAO. A. Brodzeller, M. Wolfson, D. M. Santos, M. Ho, T. Tan, M. M. Pieri, A. Cuceu, M. Abdul Karim, J. Aguilar, S. Ahlen, A. Anand, U. Andrade, E. Armengaud, A. Aviles, S. Bailey, A. Bault, D. Bianchi, D. Brooks, R. Canning, L. Casas, M. Charles, E. Chaussidon, J. Chaves-Montero, D. Chebat, T. Claybaugh, K. S. Dawson, R. de Belsunce, A. de la Macorra, A. de Mattia, Arjun Dey, Biprateep Dey, P. Doel, W. Elbers, S. Ferraro, A. Font-Ribera, J. E. Forero-Romero, C. Garcia-Quintero, L. H. Garrison, E. Gaztañaga, S. Gontcho A Gontcho, A. X. Gonzalez-Morales, D. Green, G. Gutierrez, J. Guy, C. Hahn, M. Herbold, H. K. Herrera-Alcantar, K. Honscheid, C. Howlett, D. Huterer, M. Ishak, S. Juneau, R. Kehoe, T. Kisner, A. Kremin, O. Lahav, C. Lamman, M. Landriau, J.M. Le Goff, L. Le Guillou, A. Leauthaud, M. E. Levi, Q. Li, M. Manera, P. Martini, A. Meisner, J. Mena-Fernandez, R. Miquel, J. Moustakas, A. Muñoz-Gutiérrez, A. D. Myers, S. Nadathur, L. Napolitano, H. E. Noriega, E. Paillas, N. Palanque-Delabrouille, W. J. Percival, C. Poppett, F. Prada, I. Pérez-Ràfols, C. Ramírez-Pérez, C. Ravoux, J. Rohlf, G. Rossi, E. Sanchez, D. Schlegel, M. Schubnell, F. Sinigaglia, D. Sprayberry, G. Tarlé, P. Taylor, W. Turner, M. Walther, B. A. Weaver, C. Yèche, R. Zhou, H. Zou, S. Zou. (18/03/2025).
- Extended Dark Energy analysis using DESI DR2 BAO measurements. DESI Collaboration (18/03/2025).
- Constraints on Neutrino Physics from DESI DR2 BAO and DR1 Full Shape. W. Elbers, A. Aviles, H. E. Noriega, D. Chebat, A. Menegas, C. S. Frenk, C. Garcia-Quintero, D. Gonzalez, M. Ishak, O. Lahav, K. Naidoo, G. Niz, C. Yèche, M. Abdul Karim, S. Ahlen, O. Alves, U. Andrade, E. Armengaud, D. Bianchi, S. Brieden, A. Brodzeller, D. Brooks, E. Burtin, R. Calderon, R. Canning, A. Carnero Rosell, L. Casas, F. J. Castander, M. Charles, E. Chaussidon, J. Chaves-Montero, T. Claybaugh, S. Cole, A. Cuceu, K. S. Dawson, A. de la Macorra, A. de Mattia, N. Deiosso, A. Dey, B. Dey, Z. Ding, P. Doel, D. J. Eisenstein, S. Ferraro, A. Font-Ribera, J. E. Forero-Romero, L. H. Garrison, E. Gaztañaga, H. Gil-Marín, A. X. Gonzalez-Morales, G. Gutierrez, S. He, M. Herbold, H. K. Herrera-Alcantar, C. Howlett, D. Huterer, R. Kehoe, D. Kirkby, T. Kisner, A. Kremin, C. Lamman, M. Landriau, L. Le Guillou, A. Leauthaud, M. E. Levi, Q. Li, K. Lodha, C. Magneville, M. Manera, W. L. Matthewson, A. Meisner, R. Miquel, J. Moustakas, S. Nadathur, J. A. Newman, E. Paillas, N. Palanque-Delabrouille, W. J. Percival, M. M. Pieri, F. Prada, I. Pérez-Ràfols, D. Rabinowitz, C. Ramírez-Pérez, M. Rashkovetskyi, C. Ravoux, H. Rivera, J. Rohlf, G. Rossi, V. Ruhlmann-Kleider, L. Samushia, E. Sanchez, D. Schlegel, M. Schubnell, F. Sinigaglia, D. Sprayberry, T. Tan, G. Tarlé, P. Taylor, W. Turner, M. Vargas-Magaña et al. (18/03/2025)
- L’espectroscòpia de l’energia fosca i la cartografia del nostre univers (11/2024).
Cap comentari:
Publica un comentari a l'entrada