Objetivos científicos
El estudio de la Estructura a Gran Escala en el Universo permitirá, en los proximos años, responder a tres de las grandes cuestiones abiertas en la cosmología actual:
- ¿Qué es la materia oscura, y cuál es su contribución precisa al contenido energético del Universo?
- ¿Qué es la energía oscura y cuales son sus efectos dinámicos a lo largo de la historia del Universo?
- ¿Existe evidencia de variación de las constantes fundamentales de la física a lo largo de la historia del Universo?
Para poder contribuir a dar respuesta a estas preguntas, en este proyecto se usarán distintos trazadores de la estructura a gran escala del Universo:
- La distribución y agrupamiento a gran escala de las galaxias, y su evolución con el tiempo. El espectro de potencias (P(k)) y la función de correlación a dos puntos (ξ(r)) de la materia contienen ciertos rasgos geométricos asociados a escalas características en el Universo, como el horizonte en la época de la iguadad, o el horizonte acústico en la superficie de último "scattering". En particular, este último determina la escala BAO, asociada a oscilaciones acústicas de los bariones.
- La distribución de los grandes vacios en el Universo. Tanto la estadística de grandes vacios, como la expansión de los mismos, proporciona una herramienta complemetaria para determinar la densidad de materia (Ωm) y la ecuación de estado de la energía oscura.
- La distribución y abundancia de cumulos de galaxias en el Universo, así como su evolución con el tiempo. La función de masas de cúmulos de galaxias depende tanto
de la densidad de materia (Ωm) como de la amplitud (σ8) del espectro de potencias. - La evolución temporal de la función de masas n(M,z) está gobernada por el crecimiento de estructuras en el Universo, con lo que es sensible a la ecuación de
estado de la energía oscura. - El ISW (efecto Sachs-Wolfe integrado). La expansión acelerada del universo, debida a la energía oscura, hace decaer los pozos de potencial gravitatorio a gran escala en el Universo cercano (z<1). Este efecto se caracteriza por la existencia de una correlación no nula entre la densidad numérica de galaxias y la temperatura del FCM a grandes escalas angulares (por encima de varios grados).
- Observables (e.g. rasgos espectrales) que permitan trazar la variabilidad de las constantes fundamentales de la naturaleza.
En este proyecto se usarán, entre otros resultados, el catálogo de cúmulos de galaxias que obtenga el satélite Planck y los resultados obtenidos con el cartografiado BOSS (SDSS-III). Además, se participará en el proyecto DESI, y se iniciará la preparación científica para explotación de los datos del futuro satélite EUCLID (ESA).
Como complemento a estos estudios observacionales, desde el punto de vista teórico se trabajará con las propiedades de la estructura a gran escala del Universo y en diferentes entornos para poder entender como influye la materia oscura y la energía en la formación y evolución de las diferentes estructuras. El desarrollo de modelos analíticos y su comparación con las simulaciones y grandes surveys permitirán entender algunos aspectos de los procesos físicos que determinan el agrupamiento de la materia bariónica.
Finalmente, este proyecto contempla aspectos de desarrollo instrumental, asociados a la participación del IAC en los desarrollos para el satélite EUCLID, y para el proyecto DESI. Euclid es una misión de la ESA, que ha sido aprobada dentro del programa Cosmic Vision 2020-2025, y que planea realizar un survey con tecnología probada que con gran precisión determinará, entre otras cosas, la geometría del Universo y las propiedades dinámicas de la energía oscura. La misión se lanzará en 2019 y constará de dos instrumentos, uno en modo imagen en el visible (VIS), y otro instrumento infrarrojo (NISP), con un canal de imagen y otro espectroscópico. El IAC tiene el compromiso de contribuir al desarrollo del ICU (Instrument Control Unit) del NISP. En este proyecto participa también la Universidad Politécnica de Cartagena (UPCT). DESI (Dark Energy Spectroscopic Instrument) es un proyecto dedicado al estudio del efecto de la energía oscura en la expansión del Universo. Obtendrá espectros en el ópticos para 10 millones de galaxias y cuásares. El IAC participa en el proyecto con la construcción de la placa focal del instrumento.