El universo lanza una curva: la paradoja de la distribución de materia oscura.
Figura 1: Un ejemplo de una imagen obtenida con HSC-SSP. Crédito: Proyecto HSC-SSP y NAOJ
Los astrofísicos descubrieron que la "compactación" de la materia oscura del Universo es de 0,76, una cifra que entra en conflicto con el valor de Fondo Cósmico de Microondas de 0,83, lo que indica posibles errores o un modelo cosmológico incompleto. La investigación utilizó datos del Programa Estratégico Subaru Hyper Suprime-Cam y se investigará aún más esta interesante discrepancia.
Un equipo internacional de astrofísicos y cosmólogos en varios institutos, incluyendo el NAOJ y el Instituto Kavli para la Física y Matemáticas del Universo, presentó un conjunto de cinco documentos, midiendo el valor de "compactación" de la materia oscura del Universo, conocido por los cosmólogos como S8. El valor informado es de 0,76, lo que se alinea con los valores que otros estudios de lente gravitacional han encontrado al mirar el Universo relativamente reciente, pero no se alinea con el valor de 0,83 derivado de los datos del Fondo Cósmico de Microondas, que se remonta aproximadamente a 380.000 años del pasado del Universo. La brecha entre estos dos valores es pequeña, pero no parece ser accidental. Las posibilidades son que hay algún error o error aún no reconocido en una de estas dos mediciones o que el modelo cosmológico estándar es incompleto de alguna manera interesante.
El modelo estándar de nuestro Universo está definido por solo unos pocos números: la tasa de expansión del Universo, una medida de la densidad de la materia oscura (S8), las contribuciones relativas de los constituyentes del Universo (materia, materia oscura y energía oscura), la densidad general del Universo y una cantidad técnica que describe cómo la compactación del Universo en las grandes escalas se relaciona con esa en las pequeñas escalas. Los cosmólogos están ansiosos por probar este modelo limitando estos números de varias formas, como observando las fluctuaciones en el Fondo Cósmico de Microondas, modelando la historia de expansión del Universo o midiendo la compactación del Universo en el pasado relativamente reciente.
Figura 2: Un ejemplo de una distribución 3D de materia oscura derivada de HSC-SSP. Este mapa se obtiene utilizando los datos del primer año, pero el estudio actual examinó un área en el cielo alrededor de tres veces más grande que eso. Crédito: Universidad de Tokio/NAOJ
Un equipo dirigido por astrónomos del Instituto Kavli IPMU, la Universidad de Tokio, la Universidad de Nagoya, la Universidad de Princeton y las comunidades astronómicas de Japón y Taiwán, pasó el último año descifrando los secretos del material más esquivo, la materia oscura, utilizando sofisticadas simulaciones informáticas y datos de los primeros tres años del Programa Estratégico Subaru Hyper Suprime-Cam (HSC-SSP). El programa de observación utilizó una de las cámaras astronómicas más poderosas del mundo, Hyper Suprime-Cam (HSC) montada en el Telescopio Subaru. Los datos de HSC-SSP que utilizó el equipo de investigación cubren alrededor de 420 grados cuadrados del cielo, aproximadamente equivalente a 2000 lunas llenas.
Los cúmulos de materia oscura distorsionan la luz de las galaxias distantes a través de la lente gravitacional débil, un fenómeno predicho por la teoría general de la relatividad de Einstein. Esta distorsión es un efecto realmente pequeño; la forma de una sola galaxia se distorsiona por una cantidad imperceptible. Pero el equipo midió la distorsión con bastante precisión combinando las mediciones de 25 millones de galaxias tenues que están a miles de millones de años luz de distancia. Luego, el equipo midió la compactación del Universo hoy en día (Figura 3).
Figura 3: Los resultados de medición del parámetro S8 de los datos de HSC-SSP Year 3. El gráfico muestra los resultados de cuatro métodos diferentes, que utilizaron diferentes partes de los datos de HSC-SSP Year 3 o combinaron los datos de HSC-SSP Year 3 con otros datos. Para comparación, "Planck CMB" muestra el resultado de medición para S8 de los datos del Fondo Cósmico de Microondas del satélite Planck. "Otros resultados de lente gravitacional débil" muestran los resultados de mediciones similares de lente gravitacional débil basados en los datos de Dark Energy Survey (DES) y Kilo-Degree Survey (KiDS). Crédito: Kavli IPMU
La discrepancia entre los valores de S8 de HSC-SSP y el satélite Planck es muy sutil. El equipo cree que la medición se realizó correctamente y cuidadosamente. Y las estadísticas muestran que solo hay una probabilidad de uno en 20 de que la diferencia se deba simplemente a la casualidad, lo que es interesante pero no completamente definitivo. El equipo seguirá investigando esta interesante inconsistencia utilizando todo el conjunto de datos de HSC-SSP y métodos refinados. El equipo podría descubrir algo nuevo sobre el Universo, así que por favor, manténgase atento.
Para obtener más información sobre esta investigación, consulte "Measuring Dark Matter With Hyper Suprime-Cam Reveals Discrepancy".
“Hyper Suprime-Cam Year 3 Results: Cosmology from Galaxy Clustering and Weak Lensing with HSC and SDSS using the Emulator Based Halo Model” by Hironao Miyatake, Sunao Sugiyama, Masahiro Takada, Takahiro Nishimichi, Xiangchong Li, Masato Shirasaki, Surhud More, Yosuke Kobayashi, Atsushi J. Nishizawa, Markus M. Rau, Tianqing Zhang, Ryuichi Takahashi, Roohi Dalal, Rachel Mandelbaum, Michael A. Strauss, Takashi Hamana, Masamune Oguri, Ken Osato, Wentao Luo, Arun Kannawadi, Bau-Ching Hsieh, Robert Armstrong, Yutaka Komiyama, Robert H. Lupton, Nate B. Lust, Lauren A. MacArthur, Satoshi Miyazaki, Hitoshi Murayama, Yuki Okura, Paul A. Price, Tomomi Sunayama, Philip J. Tait, Masayuki Tanaka and Shiang-Yu Wang, 3 April 2023, Astrophysics > Cosmology and Nongalactic Astrophysics.arXiv:2304.00704
“Hyper Suprime-Cam Year 3 Results: Measurements of Clustering of SDSS-BOSS Galaxies, Galaxy-Galaxy Lensing and Cosmic Shear” by Surhud More, Sunao Sugiyama, Hironao Miyatake, Markus Michael Rau, Masato Shirasaki, Xiangchong Li, Atsushi J. Nishizawa, Ken Osato, Tianqing Zhang, Masahiro Takada, Takashi Hamana, Ryuichi Takahashi, Roohi Dalal, Rachel Mandelbaum, Michael A. Strauss, Yosuke Kobayashi, Takahiro Nishimichi, Masamune Oguri, Arun Kannawadi, Robert Armstrong, Yutaka Komiyama, Robert H. Lupton, Nate B. Lust, Satoshi Miyazaki, Hitoshi Murayama, Yuki Okura, Paul A. Price, Philip J. Tait, Masayuki Tanaka and Shiang-Yu Wang, 3 April 2023, Astrophysics > Cosmology and Nongalactic Astrophysics.arXiv:2304.00703
“Hyper Suprime-Cam Year 3 Results: Cosmology from Galaxy Clustering and Weak Lensing with HSC and SDSS using the Minimal Bias Model” by Sunao Sugiyama, Hironao Miyatake, Surhud More, Xiangchong Li, Masato Shirasaki, Masahiro Takada, Yosuke Kobayashi, Ryuichi Takahashi, Takahiro Nishimichi, Atsushi J. Nishizawa, Markus M. Rau, Tianqing Zhang, Roohi Dalal, Rachel Mandelbaum, Michael A. Strauss, Takashi Hamana, Masamune Oguri, Ken Osato, Arun Kannawadi, Robert Armstrong, Yutaka Komiyama, Robert H. Lupton, Nate B. Lust, Satoshi Miyazaki, Hitoshi Murayama, Yuki Okura, Paul A. Price, Philip J. Tait, Masayuki Tanaka and Shiang-Yu Wang, 3 April 2023, Astrophysics > Cosmology and Nongalactic Astrophysics.arXiv:2304.00705
“Hyper Suprime-Cam Year 3 Results: Cosmology from Cosmic Shear Power Spectra” by Roohi Dalal, Xiangchong Li, Andrina Nicola, Joe Zuntz, Michael A. Strauss, Sunao Sugiyama, Tianqing Zhang, Markus M. Rau, Rachel Mandelbaum, Masahiro Takada, Surhud More, Hironao Miyatake, Arun Kannawadi, Masato Shirasaki, Takanori Taniguchi, Ryuichi Takahashi, Ken Osato, Takashi Hamana, Masamune Oguri, Atsushi J. Nishizawa, Andrés A. Plazas Malagón, Tomomi Sunayama, David Alonso, Anže Slosar, Robert Armstrong, James Bosch, Yutaka Komiyama, Robert H. Lupton, Nate B. Lust, Lauren A. MacArthur, Satoshi Miyazaki, Hitoshi Murayama, Takahiro Nishimichi, Yuki Okura, Paul A. Price, Philip J. Tait, Masayuki Tanaka and Shiang-Yu Wang, 3 April 2023, Astrophysics > Cosmology and Nongalactic Astrophysics.arXiv:2304.00701
“Hyper Suprime-Cam Year 3 Results: Cosmology from Cosmic Shear Two-point Correlation Functions” by Xiangchong Li, Tianqing Zhang, Sunao Sugiyama, Roohi Dalal, Markus M. Rau, Rachel Mandelbaum, Masahiro Takada, Surhud More, Michael A. Strauss, Hironao Miyatake, Masato Shirasaki, Takashi Hamana, Masamune Oguri, Wentao Luo, Atsushi J. Nishizawa, Ryuichi Takahashi, Andrina Nicola, Ken Osato, Arun Kannawadi, Tomomi Sunayama, Robert Armstrong, Yutaka Komiyama, Robert H. Lupton, Nate B. Lust, Satoshi Miyazaki, Hitoshi Murayama, Takahiro Nishimichi, Yuki Okura, Paul A. Price, Philip J. Tait, Masayuki Tanaka, Shiang-Yu Wang, 3 April 2023, Astrophysics > Cosmology and Nongalactic Astrophysics.arXiv:2304.00702
