El Telescopio William Herschel del Roque contribuye a crear un catálogo de galaxias con “una precisión sin precedentes”

s

La colaboración Physics of the Accelerating Universe Survey (Sondeo de la Física del Universo en Aceleración), PAUS por su siglas en inglés, liderada por el Instituto de Ciencias del Espacio (ICE-CSIC), ha anunciado la publicación de los datos del sondeo PAUS, “un innovador catálogo de distancias cósmicas derivado de datos obtenidos con la cámara PAUcam del telescopio William Herschel (WHT)”, informa el Grupo de Telescopio Isaac Newton (ING) en su web. Esta publicación, explica, “ayudará a los astrónomos a comprender mejor cómo se forman las estructuras cósmicas, en particular bajo la influencia de la materia oscura y la energía oscura”. 

El catálogo PAUS proporciona “distancias a 1,8 millones de galaxias con una precisión sin precedentes en un campo de visión y una profundidad nunca antes explorados. Los datos de PAUS, que cubren una gran área de cielo de 50 grados cuadrados, similar al tamaño en el cielo de aproximadamente 250 lunas llenas, permitirán a los astrónomos generar mapas más precisos de la distribución de la masa en el Universo. El catálogo PAUS también es un recurso valioso para la comunidad astronómica, ya que contribuye al análisis científico y la calibración de otros estudios cosmológicos”.

Los datos de PAUS, añade, se recopilaron durante más de 200 noches entre 2015 y 2019 utilizando la cámara de imágenes PAUCam montada en el foco principal del WHT. PAUCam, apunta, se diseñó específicamente para medir con precisión las distancias entre galaxias. El sondeo PAU “se basa en imágenes profundas existentes del sondeo de lentes de telescopio Canadá-Francia-Hawái (CFHTLenS) y del sondeo de kilogrados de ESO (KiDS). Al combinar estos conjuntos de datos, PAUCam puede lograr una determinación de distancia de gran precisión para objetos del espacio profundo”.

La expansión acelerada del Universo, indica, “se atribuye a la energía oscura, que constituye aproximadamente el 70% del Universo, pero cuya naturaleza sigue siendo un misterio. El PAUS ofrece una nueva perspectiva de este enigma, proporcionando una caracterización precisa y completa de millones de galaxias a distancias de hasta más de 10 mil millones de años luz”.

“El sondeo PAU ofrece un enfoque innovador para generar mapas cósmicos, que es posible gracias al diseño y desarrollo de un instrumento novedoso y un sondeo dedicado a recopilar y analizar datos de formas nunca antes realizadas. Ha sido un privilegio colaborar con un grupo tan talentoso y fiable”, afirma Enrique Gaztañaga, director del sondeo PAUS y actualmente catedrático del Instituto de Cosmología y Gravitación de la Universidad de Portsmouth, en excedencia del ICE-CSIC y del Instituto de Estudios Espaciales de Cataluña (IEEC).

El ICE-CSIC, con el apoyo del Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades (MICIU), lidera la colaboración PAUS, en la que participan 14 instituciones de 6 países diferentes. El ICE-CSIC se ha encargado de coordinar las observaciones y explota científicamente los datos de PAUS en colaboración con IFAE, IEEC, PIC, IFT-UAM/CSIC, CIEMAT, Durham University, Ruhr-Universität Bochum, University College London, ETH Zurich, Leiden Observatory, University of Portsmouth y Tsinghua University.

Los datos de PAUS publicados están disponibles en los sitios web de PAUS y CosmoHub , mientras que la publicación en sí se describe en dos artículos sobre medición de distancias y calibración de datos, publicados en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS).

El catálogo PAUS, se  explica, en la nota de prensa del ING, “representa un avance significativo en la investigación cosmológica, ya que proporciona medidas fotométricas del corrimiento al rojo que determinan las distancias de las galaxias. Para lograrlo, la cámara PAU emplea 40 filtros ópticos de banda estrecha, y la técnica utilizada consiste en obtener imágenes del mismo campo varias veces a través de estos filtros de banda estrecha. A medida que el Universo se expande, la luz emitida por objetos astronómicos distantes se desplaza hacia la parte roja del espectro. Este desplazamiento, llamado ‘corrimiento al rojo’, es crucial para medir la distancia a un objeto distante. PAUcam determina los corrimientos al rojo de las galaxias a partir de la información fotométrica obtenida en sus filtros de banda estrecha”.

Mientras que “los estudios espectroscópicos de última generación actuales y futuros utilizan grandes planos focales de telescopios para medir simultáneamente los desplazamientos al rojo de miles de galaxias preseleccionadas, el PAUS adopta un enfoque diferente. El PAUS no requiere la preselección de galaxias objetivo y los datos adquiridos a través de sus 40 filtros permiten determinar los desplazamientos al rojo de todas las galaxias en el campo de visión a la vez, aunque con una resolución espectral menor”.

“La precisión en la medida de distancias entre galaxias depende del número de filtros utilizados, ya que cada filtro aporta información distinta sobre la galaxia observada. La gran ventaja de PAUS es que combina información de 40 filtros diferentes, lo que permite realizar medidas de distancias con gran precisión. Este nivel de precisión es esencial para el estudio de la estructura del universo, que a su vez requiere datos de un gran número de galaxias”, señala David Navarro-Gironés, estudiante de doctorado en el ICE-CSIC y miembro del equipo de PAUS.

El estudio PAU proporciona “distribuciones de energía espectral y de corrimiento al rojo completas, de flujo limitado y altamente precisas de millones de objetos astronómicos, alcanzando una profundidad y cobertura previamente inexploradas”.

Acerca de la encuesta PAU

Las bases del proyecto PAUS, se apunta en la nota, “se sentaron en torno a 2007, en el marco de la iniciativa Consolider Ingenio 2010, financiada por el Gobierno español. Los grupos españoles implicados continuaron con el proyecto, construyendo PAUCam para su uso en el WHT e iniciando la colaboración PAUS para el análisis de los datos”.

“Iniciar una colaboración de varios grupos españoles y continuarla con un instrumento muy ambicioso, a pesar de unos recursos materiales y humanos bastante limitados, no estuvo exento de riesgos. Sin embargo, lo cierto es que la cámara funcionó bien casi desde el primer momento. Igualmente destacable es que seis grupos europeos y uno chino se unieron a PAUS para el análisis de datos, aportando sus propios recursos”, afirma Enrique Fernández, del IFAE y la UAB (Universitat Autónoma de Barcelona), que lideró el proyecto PAU Consolider y la colaboración PAUS durante los primeros años.

El proyecto PAU Survey, se agrega, en la nota, “es una amplia colaboración internacional en la que participan instituciones de España, Reino Unido, Países Bajos, Suiza, Alemania y China. La explotación científica de los datos de PAUS —que incluye observaciones, reducción y calibración de datos, simulaciones, desplazamiento al rojo fotométrico y análisis de agrupamiento— ha sido liderada por el ICE-CSIC junto con el Institut de Física d'Altes Energies (IFAE) y otras instituciones españolas como el Puerto de Información Científica (PIC), el Instituto de Estudios Espaciales de Cataluña (IEEC), el Instituto de Física Teórica (IFT-UAM/CSIC) y el Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT)”.

La construcción e integración de PAUCam “fue realizada íntegramente por el IFAE en Barcelona, en colaboración con el ICE-CSIC, PIC, IEEC, CIEMAT e IFT-UAM/CSIC.

El ICE-CSIC “fue responsable del diseño de la cámara y del diseño y construcción del banco óptico, y también jugó un papel importante en la escritura del software para la reducción de datos, calibración, análisis automatizado mediante pipelines y la diseminación de datos, trabajando en estrecha colaboración con PIC, que da servicio al centro de datos de PAUS”.

El CIEMAT fue responsable, “junto con el IFAE, del diseño, producción, pruebas e instalación de toda la electrónica de la PAUCam. El CIEMAT también llevó a cabo las pruebas y validación de los filtros y la producción e instalación de varias partes mecánicas de la cámara”.

La puesta en servicio y “el primer lanzamiento de PAUCam en el WHT fueron realizados por los grupos españoles mencionados anteriormente en 2015, con la inestimable ayuda de los ingenieros de ING, que también han estado colaborando con el equipo de PAUcam desde 2009. Tras este hito, en 2015 se inició una colaboración internacional, que incluyó a la Universidad de Durham (Reino Unido), el Observatorio de Leiden (Países Bajos), la Ruhr-Universität Bochum (Alemania), el University College London (UCL, Reino Unido), la ETH de Zúrich (Suiza), el Instituto de Cosmología y Gravitación de la Universidad de Portsmouth (Reino Unido) y la Universidad de Tsinghua (China). Estas instituciones contribuyeron con financiación, recursos humanos y experiencia, desempeñando un papel crucial en la explotación exitosa del sondeo PAU”.

Los miembros del equipo PAUS de Leiden (Reino Unido) y España “consiguieron el tiempo de observación necesario compitiendo con éxito en 10 convocatorias de asignación de tiempo diferentes entre 2015 y 2019. Además, los grupos externos tuvieron la oportunidad de utilizar PAUCam como instrumento para visitantes en varias campañas de observación”.

Nueve años después de su primera luz en 2015,  continúa, “el sondeo PAU alcanzó un hito notable, midiendo las distancias de casi 2 millones de galaxias distantes con una precisión relativa de solo el 0,3%. El equipo está utilizando actualmente estos datos para mejorar la calibración de los sondeos cosmológicos existentes. Por ejemplo, los datos de PAUS se están utilizando para mejorar los análisis y simulaciones de lentes débiles para misiones de energía oscura como la misión Euclid de la ESA y el Legacy Survey of Space and Time (LSST) del Observatorio Rubin. Además, estas muestras pueden refinar las distribuciones de corrimiento al rojo para dichas misiones, como ya se ha hecho para KiDS y el Dark Energy Survey (DES)”.

“Además de los desplazamientos al rojo de alta precisión, los 40 filtros de banda estrecha de PAUCam ofrecen una ventana única a la evolución y el entorno de las galaxias. Con PAUS, podemos observar directamente líneas de emisión intensas y rupturas espectrales, normalmente reservadas a estudios espectroscópicos más lentos y costosos. Estas observaciones nos permiten delimitar mejor la edad y la composición de las galaxias, identificar cuásares con gran precisión e incluso pueden proporcionar una ventana a las nubes de gas difusas alrededor y entre las galaxias”,  comenta Pablo Renard, investigador postdoctoral en la Universidad de Tsinghua y actualmente gerente de datos de PAUS.

En los próximos meses,  el equipo también presentará “un estudio en curso sobre la agrupación de galaxias y las alineaciones intrínsecas de las formas de las galaxias, contribuyendo a una comprensión más profunda de cómo se formó y evolucionó nuestro universo.

Acerca del Telescopio William Herschel

El Telescopio William Herschel (WHT) es operado en la isla de La Palma por el Grupo de Telescopios Isaac Newton (ING) en el Observatorio del Roque de Los Muchachos del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC). El ING está financiado por el Science and Technology Facilities Council (STFC-UKRI) del Reino Unido, la Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (NWO) de los Países Bajos y el IAC en España. La contribución del IAC al ING está financiada por el Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades español.