Los resultados cosmológicos del primer año del Dark Energy Survey (DES Y1)

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Los resultados del primer año del proyecto Dark Energy Survey (DES) son espectaculares. Se han estudiado unos 26 millones de galaxias desplazadas al rojo entre 0,2 < z < 1,3 (cuya luz nos ha llegado tras recorrer entre 2,5 y 8,8 millardos de años) en una región de cielo del hemisferio sur. Se han estimado los parámetros cosmológicos del modelo ΛCDM obteniendo un resultado comparable en precisión con los resultados del telescopio espacial Planck de la ESA para el fondo cósmico de microondas (obtenidos a z ~ 1100). El modelo cosmológico de consenso sigue robusto.

DES usa el método de las lentes gravitacionales débiles gracias a la cámara de 570 megapíxeles Dark Energy Camera en el telescopio Víctor Blanco de 4 metros del Observatorio Interamericano de Cerro Tololo, Chile. Por supuesto, hay tensiones entre los datos de DES Y1 y los de Planck 2015, pero a menos de dos sigmas. Recuerda que las había entre Planck 2013 y WMAP9 y que se resolvieron gracias a Planck 2015. En mi opinión las pequeñas tensiones entre DES Y1 y Planck 2015 se resolverán cuando se publique DES Y5 (ahora en agosto se inicia el quinto año de observaciones de DES, luego estos resultados aparecerán dentro de unos años). Por cierto, la Colaboracion DES está formada por más de 400 investigadores; entre ellos miembros del Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT), del Institut de Ciències de l’Espai (IEEC-CSIC), del Institut de Física d’Altes Energies (IFAE) y del Instituto de Física Teórica (UAM-CSIC).

Los diez artículos publicados por DES son los siguientes [web DESY1R]: Dark Energy Survey Collaboration, “Dark Energy Survey Year 1 Results: Cosmological Constraints from Galaxy Clustering and Weak Lensing,” arXiv:1708.01530 [astro-ph.CO]; “DESY1R: Cosmological Constraints from Cosmic Shear,” arXiv:1708.01538 [astro-ph.CO]; “DESY1R: Galaxy clustering for combined probes,” arXiv:1708.01536 [astro-ph.CO]; “DESY1R: Galaxy-Galaxy Lensing,” arXiv:1708.01537 [astro-ph.CO]; “DESY1R: Weak Lensing Shape Catalogues,” arXiv:1708.01533 [astro-ph.CO]; “DESY1R: Redshift distributions of the weak lensing source galaxies,” arXiv:1708.01532 [astro-ph.CO]; “DESY1R: The Impact of Galaxy Neighbours on Weak Lensing Cosmology with IM3SHAPE,” arXiv:1708.01534 [astro-ph.CO]; “DESY1R: Multi-Probe Methodology and Simulated Likelihood Analyses,” arXiv:1706.09359 [astro-ph.CO]; “DESY1R: Curved-sky Weak Lensing Mass Map from the First Year Data of the Dark Energy Survey,” arXiv:1708.01535 [astro-ph.CO]; “DESY1R: Photometric Data Set for Cosmology,” arXiv:1708.01531 [astro-ph.CO].

Si quieres información divulgativa te recomiendo leer “La mejor medida de la estructura de la materia oscura en el universo”, Agencia SINC, 04 Ago 2017; y Davide Castelvecchi, “Cosmic map reveals a not-so-lumpy Universe,” News, Nature, 03 Aug 2017, doi: 10.1038/nature.2017.22413.

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El proyecto DES estudia la materia bariónica del cosmos para inferir propiedades de la materia oscura y de la energía oscura. Su objetivo es estudiar una región de 5000 grados cuadrados del hemisferio sur (rodeada en negro en la figura), más o menos un octavo de todo el cielo. Los resultados publicados ahora son de una región de solo 1321 grados cuadrados (rectángulo en rojo en la figura), denominada DES Y1A1 GOLD.

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La diferencia (tensión) más importante entre DES Y1R y Planck 2015 se observa en el parámtero σ8, aunque se prefiere su valor S8 = σ8m/0,3)1/2 (que está menos correlacionado con Ωm que σ8 y facilita la comparación). El valor del parámetro S8 obtenido por DES Y1R es un 7% inferior al valor de Planck 2015 a menos de dos sigmas. Si se confirmara este resultado podría ser señal de que la la materia oscura o la energía oscura influyen en la materia bariónica (ordinaria) más de lo que predice el modelo cosmológico de consenso. Pero en mi opinión esta discrepancia desaparecerá en los futuros resultados del proyecto DES.

Para los despistados, el parámetro del modelo cosmológico estándar que mide la distribución de materia en el universo se llama amplitud de las perturbaciones en la densidad escalar de energía, As. Cuando se asume que el espaciotiempo es plano (como en el caso de DES Y1R) es habitual usar, en su lugar, la amplitud cuadrática media de las fluctuaciones de masa a una escala fija, sea 8/h Mpc, descritas por el parámetro σ8. Este parámetro depende mucho de la densidad de masa del universo y por ello se prefiere un valor normalizado S8. Lo más importante de este parámetro desde el punto de vista de la divulgación es que determina la constante de Hubble; por tanto, la tensión entre DES Y1R yPlanck 2015 en este parámetro provoca una diferencia entre sus predicciones para la constante de Hubble.

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Combinar los datos de DES Y1R y de Planck 2015 no tiene mucho sentido, pues lo interesante son sus diferencias. En cualquier caso se ha realizado dicha combinación entre datos de alto z (Planck 2015) y bajo z (DES, BAO y JLA); BAO (Baryonic Acoustic Oscillation) se refiere a las medidas de las oscilaciones acústicas bariónicas obtenidas por SDSS, 6dF y BOSS, y JLA (Joint Lightcurve Analysis) se refiere a las medidas basadas en la escalera de distancias con supernovas Ia. El resultado combinado DES+Planck+BAO+JLA es S8 = 0,802 ± 0,012 y Ωm = 0,300 ± 0,007 para el ΛCDM (ω = −1), y ω = −1.00 ± 0,05 para el ωCDM (donde no se asume que la energía oscura es la constante cosmológica). Los resultados de DES Y1R no permiten obtener información fiable sobre otros parámetros cosmológicos, como el número de neutrinos (partículas ultrarrelativistas).

En resumen, los primeros resultados de DES son muy interesantes y prometen mucho de cara a DES Y5. Por ahora indican claramente que el modelo cosmológico ΛCDM sigue tan robusto como siempre (con un 70% de energía oscura, un 26% de materia oscura y un 4% de materia bariónica). Hay quienes quieren matar a la gallina de los huevos de oro, pero por ahora resiste todos los envites.

6 Comentarios

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U-95U-95

Encontré eso por casualidad y ya iba a sugerir un artículo sobre ellos, pero veo que llego tarde. Gracias por el resumen, como siempre interesante de leer.

¿Va a haber al final un tercer análisis de los datos de Planck?

BotswanafireBotswanafire

¿Esto cómo pone la situación respecto a la discrepancia de Planck con las supernovas y los otros métodos? ¿Esto refuerza la confianza en el valor de H0 que obtuvo Planck o aun es muy pronto?

Francisco R. Villatoro

Bostwanafire, preguntas por la discrepancia entre JLA y Planck 2015 que era de 2 sigmas y pico; si combinas todos los datos a bajo z (además JLA, BAO y DES) resulta que la discrepancia con alto z (Planck) es de menos de 2 sigmas; por tanto, la diferencia se ha reducido (tanto en S8 como en H0). Habrá que esperar a futuros datos para ver si sigue reduciéndose en lugar de aumentar.

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