El lensado del fondo cósmico de microondas por la materia oscura de 1.5 millones de galaxias con z~4

Por Francisco R. Villatoro, el 12 agosto, 2022. Categoría(s): Ciencia • Física • Noticias • Physics • Planck • Science

El efecto de lente gravitacional débil en el fondo cósmico de microondas (CMB) permite obtener un mapa de la distribución de materia oscura a escala cósmica (LCMF, 14 abr 2015); en el proceso hay que usar los parámetros del modelo cosmológico. El proceso inverso consiste en usar este efecto para estimar los parámetros cosmológicos (al menos dos de ellos, Ωm y σ8) a partir de la distribución espacial de la materia oscura en los halos de muchas galaxias. Se ha publicado en Physical Review Letters una estimación con este método del parámetro σ8 = 0.48 ± 0.23 (no se ha logrado estimar Ωm); este valor es compatible con el valor de Planck 2018 (PR3), σ8 = 0.811 ± 0.006, siendo la diferencia de solo 1.4 sigmas. A pesar de ello, uno de los autores ha afirmado en medios que «empiezan a observar evidencias en contra del modelo ΛCDM, en concreto discrepancias en los valores de H0 y σ8«; no lo entiendo, pues no han estimado H0 y su valor de σ8 ~ 0.48 solo es menor que 0.81 si nos olvidamos de la incertidumbre (que por ahora es enorme). Que no te engañen (yo se lo he aclarado a varias personas en Twitter), el valor obtenido para σ8 apoya el modelo ΛCDM y no se ha observado ninguna discrepancia. Parece que los medios solo tienen interés en estas noticias cuando van en contra del modelo ΛCDM y hay que forzar que así sea a toda costa.

En el artículo se han usado 1.5 millones de galaxias con z ~ 4 del cartografiado HSC (Subaru Hyper Suprime-Cam) del SSP (Subaru Strategic Program) de galaxias en cúmulos galácticos; en concreto, se han usado las galaxias llamadas LBG en las que se ha estimado el desplazamiento al rojo mediante el corte de Lyman (LBG significa Lyman break galaxies). Se han usado 1 473 106 galaxias con un desplazamiento al rojo cuya mediana es z ∼ 4. Gracias a ello se puede afirmar que es el primer estudio que estima σ8(z~4). Te aclaro, por si acaso, que Ωm es la densidad normalizada de la materia en el universo y σ8 es la amplitud cuadrática media de las fluctuaciones en la densidad de materia promediadas en un volumen esférico de radio 8h1 Mpc (donde h es la constante de Hubble normalizada, h = H / (100  km/s/Mpc); ambos parámetros cosmológicos son derivados, es decir, se obtienen a partir de los seis parámetros del modelo ΛCDM, y se suele estimar su valor en la actualidad (z=0). Estos dos parámetros están relacionados entre sí y además son funciones del desplazamiento al rojo cósmico z; en la figura también se muestra el valor para σ8(z), donde f(z) es la derivada logarítmica del ritmo de expansión y σ8(z) es la variación de σ8 con z (por cierto, en el artículo no se indica el valor numérico de fσ8(z~4) mostrado en la figura).

El artículo es Hironao Miyatake, Yuichi Harikane, …, Andrés A. Plazas Malagón, «First Identification of a CMB Lensing Signal Produced by 1.5 Million Galaxies at z∼4: Constraints on Matter Density Fluctuations at High Redshift,» Physical Review Letters 129: 061301 (01 Aug 2022), doi: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.129.061301, arXiv:2103.15862 [astro-ph.CO] (29 Mar 2021); más información divulgativa en Gabriela Marques, Kevin Huffenberger, «Dark Matter Mapped Around Distant Galaxies,» APS Physics 15: 17 (01 Aug 2022). He citado a Enrique Sacristán, «Miden la distribución de la materia oscura alrededor de galaxias de hace 12.000 millones de años. Gracias a la radiación del universo primigenio, científicos de Japón y EE UU han logrado investigar la materia oscura más atrás en el tiempo como nunca antes, tan solo 1.700 millones años después del Big Bang. Algunos resultados del estudio no se ajustan a los modelos cosmológicos», Agencia SINC, 02 ago 2022, pero otros medios han tenido un tratamiento similar.

El efecto de lensado del CMB debido a la materia (de la que el 80 % es materia oscura) fue demostrado por el telescopio espacial Planck con unas 40 sigmas de significación estadística respecto a la hipótesis nula (https://doi.org/10.1051/0004-6361/201833886), es decir, fuera de toda duda. En este nuevo trabajo en PRL se ha demostrado dicho efecto debido a las 1.5 millones de galaxias con z ~ 4 en el campo de 305 grados cuadrados de cielo explorado con 5.1 sigmas con respecto a la hipótesis nula (aunque solo 3.5 sigmas cuando no se ignora la contaminación que sesga el estudio). Esta figura ilustra el resultado obtenido, que no está mal para ser un primer estudio, pero que podrá mejorado muchísimo en los próximos años.

No se ha logrado estimar el valor de  Ωm (en esta figura se escribe como Ωm0 para enfatizar que es el valor a z=0). El parámetro b que aparece en la figura de la derecha es un parámetro técnico que permite lidiar con la degeneración entre Ωm y σ8 con objeto de obtener una buena estimación de σ8; de hecho, el valor σ8 = 0.46+0.25−0.20 se ha obtenido para b=6.5+5.2−4.2, ambos al 68 % C.L. (nivel de credibilidad).

En resumen, un trabajo interesante y prometedor que ha sido presentado en muchos medios de una forma sesgada. Para mí lo más relevante es que esta primeras estimaciones de parámetros cosmológicos mejorarán mucho en los próximos años. Por un lado, cuando se estudie el cartografiado HSC-SSP completo (que finalizó la toma de datos a finales de 2021, pero el artículo se escribió a principios de 2021); cubre una región de cielo de ~1400 grados cuadrados (unas cuatro veces mayor que la usada en este artículo). Por otro lado, se auguran mejoras cuando se usen los mapas del CMB de AdvACT (Advanced Atacama Cosmology Telescope Polarimeter), que alcanzan multipolos mayores que Planck 2018. También se espera extender el estudio a galaxias más lejanas, con z ∼ 6. Queda mucho trabajo por delante, así que habrá que estar al loro de los resultados que se logren (a pesar de que casi con toda seguridad confirmarán el modelo ΛCDM).



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