L’univers és summament gran i s’expandeix de manera accelerada. Per estudiar l’energia fosca, la misteriosa força responsable que l’univers s’expandeixi acceleradament, les astrofísiques i els científics del projecte Instrument Espectroscòpic d’Energia Fosca (DESI, per les sigles en anglès) observaran més de 40 milions de galàxies, quàsars i estrelles. Avui, la col·laboració ha fet pública la primera remesa de dades, amb gairebé 2 milions d’objectes, perquè els científics i les científiques de tot el món puguin estudiar-los.

El conjunt de dades , de 80 terabytes, prové de 2480 exposicions preses al llarg de sis mesos d’observació durant la fase de validació de l’experiment al 2020 i 2021. En aquest període, previ a la presa principal de dades, els investigadors i les investigadores de DESI es van assegurar que el seu pla per utilitzar el telescopi complís amb tots els objectius científics; per exemple, verificant quant de temps era necessari per observar galàxies de diferents brillantors, i validant la selecció d’estrelles i galàxies a observar.

«És impressionant que, en només uns mesos, DESI hagi mesurat posicions per a més objectes que tots els cartografiats còsmics anteriors», assenyala Violeta González Pérez, investigadora del departament de Física Teòrica de la Universitat Autònoma de Madrid, involucrada en la generació de catàlegs computacionals de galàxies que ens ajudaran a interpretar les dades recollides per DESI. «Les dades que es fan públiques avui ens permetran d’entendre millor la naturalesa de l’energia fosca amb eines matemàtiques que no s’havien pogut fer servir fins ara. I no només això, amb aquesta ingent quantitat de dades també podrem explorar els primers moments de l’univers, la massa dels neutrins, la història de la nostra galàxia i la formació i l’evolució de galàxies i quàsars.»

A més de la primera remesa de dades, la col·laboració ha publicat avui un conjunt d’articles que inclouen mesures de l’agrupament de galàxies, estudis d’objectes peculiars i la caracterització de l’instrument i les operacions del cartografiat. Els nous articles se sumen a la primer mesura de distància cosmològica de DESI, publicada a l’abril, que es va realitzar utilitzant les dades dels primers dos mesos d’observacions oficials (no incloses a la primera publicació de dades) i va demostrar la capacitat de DESI d’assolir els seus objectius científics.

DESI utilitza 5000 posicionadors robòtics per moure fibres òptiques que capturen la llum d’objectes a milions, o milers de milions, d’anys llum de distància. És l’espectrògraf de cartografiat multiobjecte més potent del món, capaç de mesurar la llum de més de 100000 galàxies en una nit. A partir de l’anàlisi d’aquesta llum es pot inferir la distància de galàxies i quàsars, cosa que permet construir un mapa còsmic en 3 dimensions.

«Durant la fase de validació del cartografiat, inspeccionem visualment els espectres obtinguts per confirmar la qualitat de les observacions i la classificació entre estrelles, galàxies brillants, galàxies vermelles lluminoses, galàxies amb línies d’emissió i quàsars. —afirma Ignasi Pérez i Ràfols, científic de l’Institut de Ciències del Cosmos de la Universitat de Barcelona, que va participar en la inspecció dels espectres— Hem pogut optimitzar els algorismes de classificació i confirmar la nostra estratègia d’observació».

A mesura que l’univers s’expandeix, la longitud d’ona de la llum s’allarga, cosa que la fa més vermella, una característica coneguda com a desplaçament al roig. Com més lluny està la galàxia, més gran és el seu desplaçament al roig. DESI està específicament dissenyat per mesurar amb precisió els desplaçaments al roig de galàxies i quàsars que després es poden fer servir per resoldre alguns dels enigmes més grans de l’astrofísica: què és l’energia fosca i com ha canviat al llarg de la història de l’univers.

Tot i que l’objectiu principal de DESI és comprendre l’energia fosca, gran part de les dades també es poden utilitzar per a altres estudis astronòmics. Per exemple, aquesta primera publicació de dades conté imatges detallades d’algunes àrees conegudes del cel, com ara el Camp Profund de Hubble.

«Està dissenyat per observar regions ja explorades amb altres mètodes, —apunta César Ramírez Pérez, investigador predoctoral de l’Institut de Física d’Altes Energies, involucrat en la generació de catàlegs d’absorció en quàsars— això ajudarà a complementar anàlisis prèvies, i amb la publicació de les dades aconseguim que grups de fora de la col·laboració hi puguin accedir, ampliant-ne l’impacte».

Dues de les troballes més interessants que han sorgit són l’evidència d’una migració massiva d’estrelles cap a la galàxia d’Andromeda i el descobriment de nous quàsars, forats negres supermassius i extremadament brillants que es troben al centre de les galàxies, a distàncies increïblement llunyanes. «Les observacions de DESI són molt més precises que les dels cartografiats anteriors, cosa que permet observar tota mena d’objectes extragalàctics, inclosos quàsars formats poc després del Big Bang. El descobriment d’objectes tan rars no només constitueix un avenç important en si mateix, sinó que també ens permet d’estudiar el misteri de la formació de forats negres supermassius», diu Malgorzata Siudek, investigadora postdoctoral a l’Institut de Ciències de l’Espai a Barcelona, que lidera la identificació i anàlisi de les propietats físiques de les galàxies que allotgen forats negres supermassius actius. «DESI observarà milions de quàsars, multiplicant per quatre el nombre d’objectes coneguts. El descobriment de quàsars molt llunyans, reservat fins ara només per a telescopis grans, amb un instrument de 4 metres ens enorgulleix a tots i confirma l’excel·lència de DESI».

La fase de validació del cartografiat també ha estat una oportunitat per verificar el sistema de processament de les dades dels deu espectròmetres de DESI —que divideixen la llum d’una galàxia en diferents colors— convertint-los en informació útil per a l’anàlisi científica. «Les imatges que vénen directament dels espectrògrafs semblen línies en una imatge estranya i borrosa. La màgia succeeix en el processament i descodificat de les dades, que les fa intel·ligibles i utilitzables per a l’anàlisi científica. —destaca Juan Mena Fernández, investigador predoctoral del CIEMAT— Aquestes dades ens permetran d’estudiar de manera més precisa l’expansió de l’univers i el seu enigmàtic sector fosc».

La versió primerenca de les dades de DESI ja està disponible de forma gratuïta a través del centre de computació d’altes prestacions NERSC (National Energy Research Scientific Computing Center), operat pel Laboratori Nacional Lawrence Berkeley.

Encara queden moltes dades per recollir. DESI fa només dos anys que funciona d’un total de cinc previstos, en què es mesurarà la distància a més de 40 milions de galàxies i quàsars. L’estudi ja ha catalogat més de 26 milions d’objectes astronòmics al programa d’observacions científiques i n’afegeix més d’un milió cada mes.

Alguns números sobre les dades de DESI que s’acaben de fer públiques:

• Quantitat de dades: 80TB
• Exposicions preses: 2480
• Desplaçaments al vermell recopilats: 1,2 milions d’objectes extragalàctics (galàxies i quàsars)
• Objectes observats a la Via Làctia: 496000
• Quàsars detectats: 90000
• Temps d’observació: 6 mesos
• Grandària en comparació amb el conjunt de dades complet de DESI: 2%

La col·laboració Dark Energy Spectroscopic Instrument

DESI està finançat per les següents institucions: U.S. Department of Energy’s Office of Science; National Science Foundation dels Estats Units; Division of Astronomical Sciences sota contracte amb el National Optical Astronomy Observatory; Science and Technologies Facilities Council del Regne Unit; Fundació Gordon and Betty Moore; Fundació Heising-Simons; French Alternative Energies and Atomic Energy Commission (CEA); Consell Nacional de Ciència i Tecnologia de Mèxic; Ministeri de Ciència i Innovació d’Espanya, i les institucions membres de DESI. Els científics de DESI se senten honorats que se’ls permeti dur a terme investigacions astronòmiques al Iolkam Du’ag (Kitt Peak, Arizona), una muntanya amb particular significat per a la nació Tohono O’odham.

Participen a DESI el Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT), l’Institut de Ciències de l’Espai (ICE-CSIC), l’Institut d’Estudis Espacials de Catalunya (IEEC), l’Institut de Física d’Altes Energies (IFAE), l’Instituto de Física Teórica (IFT) de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM) i el CSIC, l’Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA) i l’Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC).

La llista completa d’institucions participants i més informació sobre DESI estan disponibles a: https://www.desi.lbl.gov .

Persones de contacte: IFAE: Dr. Andreu Font-Ribera, Investigador Ramón y Cajal, afont@ifae.es ICE-CSIC, IEEC: Dr. Francisco Castander, Professor d’Investigació, fjc@ice.csic.es CIEMAT: Dr. Eusebio Sánchez, Investigador Científic, eusebio.sanchez@ciemat.es IFT-UAM/CSIC: Dr. Juan García-Bellido, Catedràtic, juan.garciabellido@uam.es ICCUB-IEEC: Dr. Hector Gil, Investigador Investigador Ramón y Cajal, hectorgil@icc.ub.edu

Distribuït pel Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT), l’Institut de Ciències de l’Espai (ICE-CSIC), l’Institut d’Estudis Espacials de Catalunya (IEEC), l’Institut de Física d’Altes Energies (IFAE), l’Institut de Ciències del Cosmos de la Universitat de Barcelona (ICCUB) i l’Instituto de Física Teórica (UAM-CSIC), en representació de la col·laboració DESI.