La cámara DECam cartografiará el cielo para entender la energía oscura

Hace un año captó su primera imagen. Ahora, desde el pasado 31 de agosto, ha comenzado a operar de forma oficial. Se trata de la cámara DECam del proyecto Dark Energy Survey (DES), con el que los científicos mapearán de forma sistemática una octava parte del cielo (5.000 grados cuadrados) con un detalle sin precedentes.

El inicio del cartografiado, que durará cinco años, es la culminación de una década de planificación, construcción y puesta a punto de la instrumentación por parte de investigadores de 25 instituciones de seis países. El objetivo es averiguar por qué la expansión del universo se está acelerando, en lugar de frenarse debido a la gravedad, así como desentrañar el origen de la misteriosa energía oscura, la fuerza que creemos que es la causa de dicha aceleración.

La construcción de esta cámara es el resultado de una colaboración internacional, en la que han tenido una participación destacada el Instituto de Ciencias del Espacio (ICE, CSIC/IEEC) y el Institut de Física d’Altes Energies (IFAE) de Barcelona y el CIEMAT, con la contribución de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM).

"Con el inicio del cartografiado, el trabajo de más de 200 colaboradores empieza a dar sus frutos", afirma el director de DES Josh Frieman, del Laboratorio del Acelerador Nacional Fermi (Fermilab) del Departamento de Energía de EEUU, en una nota de prensa del CIEMAT, recogida por SINC. "Es un momento emocionante –añade– en la cosmología, cuando podemos utilizar las observaciones del universo distante para mostrarnos la naturaleza fundamental de la materia, energía, espacio y tiempo".

La herramienta principal del cartografiado es la cámara de energía oscura (DECam), una cámara digital de 570 megapíxeles construida en el laboratorio Fermilab en Batavia, Illinois, y montada en el telescopio Victor M. Blanco, de 4 metros, en el Observatorio Interamericano de Cerro Tololo que la Fundación Nacional de Ciencia de Estados Unidos tiene en Chile.

La cámara incluye 5 lentes construidas de forma muy precisa –una de ellas de casi un metro de diámetro–, y que, en conjunto, proporcionan imágenes extremadamente nítidas sobre la totalidad de su campo de visión.

La cámara DECam es el instrumento más poderoso construido para este tipo de cartografiado. Con cada imagen instantánea, será capaz de ver la luz de más de 100.000 galaxias alejadas hasta 8 mil millones de años luz de distancia.

Participación española

El consorcio español ha jugado un papel clave en la construcción y puesta en funcionamiento de DECam, diseñando, construyendo y verificando la electrónica de alta velocidad que realiza la lectura y control de los detectores CCDs de la cámara.

Además ha diseñado e implementado el software que permite que el telescopio apunte con precisión. También ha producido simulaciones a gran escala del universo que permiten desarrollar y probar los métodos de análisis científico e interpretar las observaciones.

“Es una gran satisfacción ver cómo el trabajo de tantos años finalmente se ha materializado en esta cámara tan potente y podemos empezar ahora a cartografiar el universo para investigar sus secretos”, comenta Francisco Javier Castander, del ICE.

En cinco años, el cartografiado obtendrá imágenes en color de 300 millones de galaxias y 100.000 cúmulos de galaxias y descubrirá 4.000 nuevas supernovas, muchas de las cuales ocurrieron cuando el universo tenía la mitad de su tamaño actual.

Los datos recogidos serán analizados en el Centro Nacional para Aplicaciones de Supercomputación (NCSA) de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, y luego enviados a los científicos de la colaboración y el público.

Con las observaciones obtenidas no será posible ver de forma directa la energía oscura. Sin embargo, mediante el estudio de la expansión del universo y el crecimiento de la estructura a gran escala con el tiempo, el estudio proporcionará a los científicos las mediciones más precisas, hasta la fecha, de las propiedades de la energía oscura.

El cartografiado utilizará cuatro métodos para encontrar evidencias de la energía oscura (conteo de cúmulos, medición de supernovas, estudio de la curvatura de la luz y uso de sondas sonoras). “La combinación de estas cuatro técnicas hacen que el Dark Energy Survey tenga una capacidad única en el mundo para ayudarnos a entender el misterio de la naturaleza de la energía oscura, que es la clave para descubrir cuál será el destino final del universo”, explica Ramon Miquel, del IFAE.

“La energía oscura es uno de los más grandes misterios de la ciencia actual, y solamente utilizando varias técnicas podremos avanzar en el estudio de sus propiedades. El proyecto DES permitirá un enorme avance, que puede traernos descubrimientos fascinantes”, añade Eusebio Sánchez, del CIEMAT.

Dark Energy Survey está financiado por la Oficina de Ciencia del Departamento de Energía y la Fundación Nacional de Ciencia, ambas de EEUU, junto a organismos de financiación en España, el Reino Unido, Brasil, Alemania, Suiza y de las instituciones participantes.

Cuatro métodos

-Conteo de cúmulos de galaxias. Mientras que la gravedad atrae la masa para formar galaxias, la energía oscura la repele separándola. DECam verá la luz de 100.000 cúmulos de galaxias que se encuentran a miles de millones de años luz de distancia. Contar el número de cúmulos de galaxias en diferentes épocas permite estudiar esta competición cósmica entre la gravedad y la energía oscura.

-Medición de supernovas. Una supernova es una estrella que explota y puede llegar a ser tan brillante como toda una galaxia, compuesta de billones de estrellas. Midiendo su brillo desde la Tierra, los científicos pueden saber a qué distancia se encuentran. Esta información puede ser utilizada para determinar la rapidez con que el universo ha estado expandiéndose desde la explosión de la estrella. El cartografiado Dark Energy Survey pretende descubrir 4.000 de estas supernovas, las cuales explotaron hace miles de millones de años en galaxias que se encuentran a miles de millones de años luz de distancia.

-Estudio de la curvatura de la luz. Cuando la luz de las galaxias distantes que viaja por el espacio se encuentra con la materia oscura, tiende a curvarse alrededor de la misma, haciendo que las galaxias aparezcan distorsionadas en las imágenes que se obtienen con el telescopio. El estudio medirá las formas de 200 millones de galaxias, para así revelar la batalla que existe entre la gravedad y la energía oscura al dar forma a las acumulaciones de materia oscura en el espacio.

-Uso de ondas sonoras para elaborar un mapa a gran escala de la expansión del universo con el tiempo. Cuando el universo tenía menos de 400.000 años, la interacción entre la materia y la luz generó una serie de ondas sonoras viajando a casi dos tercios de la velocidad de la luz. Estas ondas dejaron su huella en la distribución de galaxias en el universo. El Dark Energy Survey medirá las posiciones en el espacio de 300 millones de galaxias para encontrar esa huella impresa en la distribución de las galaxias y utilizar la información que proporciona para inferir la historia de la expansión cósmica.