Investigación de la historia del universo a partir de datos multionda
El fondo cósmico de microondas (CMB, por sus siglas en inglés) es la primera luz emitida en el universo, hace unos 14 000 millones de años, y se observa hoy como radiación electromagnética de microondas. Dicha luz impregna el universo y actúa como luz de fondo de la distribución de galaxias en el universo más reciente que observamos con telescopios que funcionan principalmente con longitudes de onda de luz óptica o infrarroja. El proyecto PiCOGAMBAS, que se llevó a cabo con el apoyo de las acciones Marie Skłodowska-Curie, tenía como objetivo desarrollar nuevos métodos para realizar estudios conjuntos de correlación cruzada entre los datos del CMB y de estudios de galaxias. «Usamos datos actuales para probar y demostrar nuestras nuevas ideas, lo cual supuso una combinación de diseño e implementación de simulaciones numéricas y técnicas estadísticas, así como de análisis de datos reales», explica el investigador principal Giulio Fabbian. El objetivo: correlacionar mapas de galaxias con mapas de firmas de galaxias en los datos del CMB. Así, los investigadores pueden estudiar los procesos físicos subyacentes comunes activos en el universo en épocas tempranas y tardías, que afectan tanto al CMB como a las galaxias.
Una mirada al universo primigenio
Observar la polarización del CMB, principalmente los denominados «modos B» que son el principal objetivo de los nuevos experimentos, es la mejor manera de entender cómo se formaron las primeras perturbaciones en la distribución de la materia oscura poco después de la época de inflación del «big bang». Más tarde, éstas crecieron e impulsaron la formación de las galaxias que vemos hoy en día. «Sin embargo, la lente gravitacional del CMB puede ocultar la señal de inflación. Crea modos B espurios que generan confusión. Lo ideal sería «deshacer», o tener en cuenta, el efecto de las lentes para medir realmente la señal primordial», señala Fabbian. Para ello, los investigadores necesitan mediciones precisas de la distribución de la materia en el universo responsable de la lente del CMB. Ahí entran en juego los estudios sobre galaxias. El equipo de PiCOGAMBAS identificó y modelizó nuevos efectos derivados de las simplificaciones empleadas sobre el terreno para la modelización y el análisis del CMB, los mapas de lentes del CMB y sus señales de correlación cruzada. «La preocupación es que puedan llevar a inferir incorrectamente las propiedades de la energía oscura, de la materia oscura o de la historia de la expansión del universo», añade Fabbian.
Probar modelos de materia oscura, energía oscura e inflación
Mediante datos ópticos de la misión Gaia de la Agencia Espacial Europea (ESA), junto con mediciones de las lentes del CMB, el equipo de PiCOGAMBAS comprobó la historia de la expansión del universo y las propiedades de la materia oscura. Gaia se diseñó inicialmente para medir el movimiento de las estrellas en nuestras galaxias, pero descubrió por casualidad montones de galaxias masivas distantes alimentadas por agujeros negros supermasivos, conocidos como «cuásares». «Trabajamos mucho para separar las estrellas residuales de estos candidatos a cuásar con técnicas de aprendizaje automático y datos astronómicos externos», explica Fabbian. La actual generación de datos apunta a tensiones entre las mediciones realizadas en el universo tardío a partir de estudios de galaxias desde la Tierra, y las predicciones del modelo LCDM derivadas principalmente de las observaciones del CMB. El nuevo catálogo de alta calidad permitió al equipo del proyecto demostrar que las tensiones cosmológicas no existen, sino que son probablemente efectos observacionales, o limitaciones, de los datos terrestres. También permitió a Fabbian analizar el modelo LCDM en una nueva época sin precedentes y demostrar que la cosmología inferida a partir del CMB parece ser coherente a lo largo de 12 000 millones de años de historia del universo. «Proporcionamos nuevas vías, y herramientas estadísticas, para probar modelos de materia oscura, energía oscura e inflación. Entre ellas se incluye la combinación de vacíos cósmicos (regiones del espacio donde no vemos galaxias) y mapas de lentes del CMB. «También observamos las desviaciones de la ley de emisión del cuerpo negro del CMB y su correlación con los mapas de las anisotropías del CMB», afirma Fabbian. Los resultados se usarán para el análisis de los próximos datos del satélite Euclid de la ESA y del Observatorio Simons. Fabbian está impaciente por empezar a trabajar: «Mejoraremos enormemente nuestro conocimiento del universo en los próximos años».
Palabras clave
PiCOGAMBAS, universo primordial, materia oscura, energía oscura, fondo cósmico de microondas