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Revelada la distribución de la materia oscura alrededor de las galaxias hace 12 mil millones de años



El residuo de radiación del Big Bang, distorsionado por la materia oscura hace 12 mil millones de años. Crédito: Reiko Matsushita

Los científicos han estudiado la naturaleza de la materia oscura que rodea a las galaxias tal como eran hace 12 000 millones de años, miles de millones de años más atrás que nunca. Sus hallazgos ofrecen la tentadora posibilidad de que las reglas fundamentales de la cosmología puedan diferir al examinar la historia antigua de nuestro universo. La colaboración fue dirigida por científicos de[{» attribute=»»>Nagoya University in Japan and the findings were published today (August 1) in the journal Physical Review Letters.

Seeing something that happened such a long time ago is challenging. Because of the speed of light is finite, we see distant galaxies not as they are today, but as they were billions of years ago. But even more difficult is observing dark matter, which does not emit light.

“It was a crazy idea. No one realized we could do this.” — Professor Masami Ouchi

Consider a distant source galaxy, even farther away than the target galaxy whose dark matter one wants to investigate. As predicted by Einstein’s theory of general relativity, the gravitational attraction of the foreground galaxy, including its dark matter, distorts the surrounding space and time. As the light from the source galaxy travels through this distortion in spacetime, it bends, changing the apparent shape of the galaxy. The greater the amount of dark matter, the greater the resulting distortion. Therefore, astronomers can measure the amount of dark matter around the foreground galaxy (the “lens” galaxy) from the distortion.

However, beyond a certain threshold, scientists encounter a problem. In the deepest reaches of the universe, the galaxies are incredibly faint. As a result, the farther away from Earth we look, the less effective the gravitational lensing technique becomes. Because the lensing distortion is subtle and difficult to detect in most cases, many background galaxies are needed to detect the signal.

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Most previous studies have remained stuck at the same limits. Unable to detect enough distant source galaxies to measure the distortion, they could only analyze dark matter from no more than 8-10 billion years ago. These limitations left open the question of the distribution of dark matter between this time and 13.7 billion years ago, around the beginning of our universe.

To overcome these challenges and observe dark matter from the farthest reaches of the universe, a team of researchers led by Hironao Miyatake from Nagoya University, in collaboration with the University of Tokyo, the National Astronomical Observatory of Japan, and Princeton University, used a different source of background light, the microwaves released from the Big Bang itself.

First, using data from the observations of the Subaru Hyper Suprime-Cam Survey (HSC), the team identified 1.5 million lens galaxies using visible light, selected to be seen 12 billion years ago.

Next, to overcome the lack of galaxy light even farther away, they employed microwaves from the cosmic microwave background (CMB), the radiation residue from the Big Bang. Using microwaves observed by the European Space Agency’s Planck satellite, the team measured how the dark matter around the lens galaxies distorted the microwaves.

“Look at dark matter around distant galaxies?” asked Professor Masami Ouchi of the University of Tokyo, who made many of the observations. “It was a crazy idea. No one realized we could do this. But after I gave a talk about a large distant galaxy sample, Hironao came to me and said it may be possible to look at dark matter around these galaxies with the CMB.”

“Most researchers use source galaxies to measure dark matter distribution from the present to eight billion years ago,” added Assistant Professor Yuichi Harikane of the Institute for Cosmic Ray Research, University of Tokyo. “However, we could look further back into the past because we used the more distant CMB to measure dark matter. For the first time, we were measuring dark matter from almost the earliest moments of the universe.”

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After a preliminary analysis, the scientists soon realized that they had a large enough sample to detect the distribution of dark matter. Combining the large distant galaxy sample and the lensing distortions in CMB, they detected dark matter even further back in time, from 12 billion years ago. This is only 1.7 billion years after the beginning of the universe, and thus these galaxies are seen soon after they first formed.

“I was happy that we opened a new window into that era,” Miyatake said. “12 billion years ago, things were very different. You see more galaxies that are in the process of formation than at the present; the first galaxy clusters are starting to form as well.” Galaxy clusters comprise 100-1000 galaxies bound by gravity with large amounts of dark matter.

“This result gives a very consistent picture of galaxies and their evolution, as well as the dark matter in and around galaxies, and how this picture evolves with time,” said Neta Bahcall, Eugene Higgins Professor of Astronomy, professor of astrophysical sciences, and director of undergraduate studies at Princeton University.

One of the most exciting discoveries from the study was related to the clumpiness of dark matter. According to the standard theory of cosmology, the Lambda-CDM model, subtle fluctuations in the CMB form pools of densely packed matter by attracting surrounding matter through gravity. This creates inhomogeneous clumps that form stars and galaxies in these dense regions. The group’s findings suggest that their clumpiness measurement was lower than predicted by the Lambda-CDM model.

Miyatake is enthusiastic about the possibilities. “Our finding is still uncertain,” he said. “But if it is true, it would suggest that the entire model is flawed as you go further back in time. This is exciting because if the result holds after the uncertainties are reduced, it could suggest an improvement of the model that may provide insight into the nature of dark matter itself.”

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“At this point, we will try to get better data to see if the Lambda-CDM model is actually able to explain the observations that we have in the universe,” said Andrés Plazas Malagón, associate research scholar at Princeton University. “And the consequence may be that we need to revisit the assumptions that went into this model.”

“One of the strengths of looking at the universe using large-scale surveys, such as the ones used in this research, is that you can study everything that you see in the resulting images, from nearby asteroids in our solar system to the most distant galaxies from the early universe. You can use the same data to explore a lot of new questions,” said Michael Strauss, professor and chair of the Department of Astrophysical Sciences at Princeton University.

This study used data available from existing telescopes, including Planck and Subaru. The group has only reviewed a third of the Subaru Hyper Suprime-Cam Survey data. The next step will be to analyze the entire data set, which should allow for a more precise measurement of the dark matter distribution. In the future, the research team expects to use an advanced data set like the Vera C. Rubin Observatory’s Legacy Survey of Space and Time (LSST) to explore more of the earliest parts of space. “LSST will allow us to observe half the sky,” Harikane said. “I don’t see any reason we couldn’t see the dark matter distribution 13 billion years ago next.”

Reference: “First Identification of a CMB Lensing Signal Produced by 1.5 Million Galaxies at z~4: Constraints on Matter Density Fluctuations at High Redshift” by Hironao Miyatake, Yuichi Harikane, Masami Ouchi, Yoshiaki Ono, Nanaka Yamamoto, Atsushi J. Nishizawa, Neta Bahcall, Satoshi Miyazaki and Andrés A. Plazas Malagón, 1 August 2022, Physical Review Letters.
DOI: 10.1103/PhysRevLett.129.061301

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Potentes pulsos de radio de las profundidades del cosmos sondean la materia oculta alrededor de las galaxias



El concepto de este artista muestra ráfagas de radio distantes y rápidas que perforan los halos gaseosos alrededor de las galaxias en el universo local. Se representan ráfagas de radio que viajan desde el cosmos distante, a través de halos galácticos y, finalmente, alcanzan telescopios en la Tierra. Las protuberancias visibles en dos de las líneas representan las propias ráfagas de radio a medida que viajan hacia la Tierra. Crédito: Cortesía de Charles Carter

Según un nuevo estudio publicado el mes pasado en la revista astronomía natural.

así llamado ráfagas de radio rápidas, o FRB, son pulsos de ondas de radio que normalmente se originan a millones o miles de millones de años luz de distancia. (Las ondas de radio son radiación electromagnética como la luz que vemos con nuestros ojos, pero tienen longitudes de onda más largas y frecuencias más bajas). El primer FRB se descubrió en 2007 y, desde entonces, se han detectado cientos más. En 2020, el instrumento STARE2 (Survey for Transient Astronomical Radio Emission 2) de Caltech y el CHIME (Experimento canadiense de mapeo de intensidad de hidrógeno) de Canadá detectó un FRB masivo que se disparó en nuestra propia galaxia, la Vía Láctea. Estos hallazgos anteriores ayudaron a confirmar la teoría de que los eventos energéticos probablemente se originan en estrellas magnetizadas muertas llamadas magnetares.

A medida que llegan más FRB, los científicos ahora están investigando cómo pueden usarse para estudiar el gas que se encuentra entre nosotros y las ráfagas. Específicamente, les gustaría usar FRB para sondear los halos de gas difuso que rodean las galaxias. A medida que los pulsos de radio viajan hacia la Tierra, el gas que envuelve las galaxias debería reducir la velocidad de las ondas y dispersar las frecuencias de radio. En el nuevo estudio, el equipo de investigación examinó una muestra de 474 FRB distantes detectados por CHIME, que ha descubierto la mayor cantidad de FRB hasta la fecha. Demostraron que el subconjunto de dos docenas de FRB que cruzaron los halos galácticos se ralentizaron más que los FRB que no cruzaron.

«Nuestro estudio muestra que los FRB pueden actuar como brochetas de toda la materia entre nuestros radiotelescopios y la fuente de las ondas de radio», dice el autor principal Liam Connor, investigador asociado postdoctoral en astronomía de Tolman, que trabaja con el profesor asistente d astrónomo y co- autor del estudio, Vikram Ravi.

«Utilizamos ráfagas de radio rápidas para hacer brillar una luz a través de los halos de galaxias cerca del[{» attribute=»»>Milky Way and measure their hidden material,” Connor says.

The study also reports finding more matter around the galaxies than expected. Specifically, about twice as much gas was found as theoretical models predicted.

All galaxies are surrounded and fed by massive pools of gas out of which they were born. However, the gas is very thin and hard to detect. “These gaseous reservoirs are enormous. If the human eye could see the spherical halo that surrounds the nearby Andromeda galaxy, the halo would appear one thousand times larger than the moon in area,” Connor says.

Researchers have developed different techniques to study these hidden halos. For example, Caltech professor of physics Christopher Martin and his team developed an instrument at the W. M. Keck Observatory called the Keck Cosmic Webb Imager (KCWI) that can probe the filaments of gas that stream into galaxies from the halos.

This new FRB method allows astronomers to measure the total amount of material in the halos. This can be used to help piece together a picture of how galaxies grow and evolve over cosmic time.

“This is just the start,” says Ravi. “As we discover more FRBs, our techniques can be applied to study individual halos of different sizes and in different environments, addressing the unsolved problem of how matter is distributed in the universe.”

In the future, the FRB discoveries are expected to continue streaming in. Caltech’s 110-dish Deep Synoptic Array, or DSA-110, has already detected several FRBs and identified their host galaxies. Funded by the National Science Foundation (NSF), this project is located at Caltech’s Owen Valley Radio Observatory near Bishop, California. In the coming years, Caltech researchers have plans to build an even bigger array, the DSA-2000, which will include 2,000 dishes and be the most powerful radio observatory ever built. The DSA-2000, currently being designed with funding from Schmidt Futures and the NSF, will detect and identify the source of thousands of FRBs per year.

Reference: “The observed impact of galaxy halo gas on fast radio bursts” by Liam Connor and Vikram Ravi, 4 July 2022, Nature Astronomy.
DOI: 10.1038/s41550-022-01719-7

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La Tierra ha tenido el día más corto desde la invención del reloj atómico



Los científicos han registrado el día más corto en la Tierra desde la invención del reloj atómico.

Una rotación es el tiempo que tarda la Tierra en girar una vez sobre su eje, aproximadamente 84.600 segundos.

El récord anterior se registró el 19 de julio de 2020, cuando el día fue 1,47 milisegundos más lento de lo normal.

El reloj atómico es una unidad de medida estandarizada utilizada desde la década de 1950 para dar la hora y medir la rotación de la Tierra, dijo Dennis McCarthy, director jubilado de tiempo en el Observatorio Naval de EE. UU.

Aunque el 29 de junio rompió el récord del día más corto en la historia moderna, ha habido días mucho más cortos en la Tierra, dijo.

Cuando los dinosaurios todavía vagaban por el planeta hace 70 millones de años, un solo día en la Tierra duraba alrededor de 23,5 horas, según un estudio de 2020 publicado en Paleooceanografía y paleoclimatología.
Desde 1820, los científicos han documentado la desaceleración de la rotación de la Tierra, según la nasa. En los últimos años, comenzó a acelerarse, dijo McCarthy.

¿Por qué aumenta la velocidad?

Los investigadores no tienen una respuesta definitiva sobre cómo o por qué la Tierra está girando un poco más rápido, pero puede deberse al ajuste isostático de los glaciares o al movimiento de la tierra por el derretimiento de los glaciares, dijo McCarthy.

La Tierra es un poco más ancha que alta, lo que la convierte en un esferoide achatado, dijo. Los glaciares en los polos presionan la corteza terrestre en los polos norte y sur, dijo McCarthy.

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Dado que los polos se están derritiendo debido a la crisis climática, hay menos presión en la parte superior e inferior del planeta, lo que mueve la corteza hacia arriba y hace que la Tierra sea más redonda, dijo. La forma circular ayuda a que el planeta gire más rápido, dijo McCarthy.

Es el mismo fenómeno que usan los patinadores artísticos para aumentar y disminuir su velocidad, dijo.

Cuando los patinadores alejan los brazos de sus cuerpos mientras giran, necesitan más fuerza para girar, dijo. Cuando acercan sus brazos a su cuerpo, su velocidad aumenta porque su masa corporal está más cerca de su centro de gravedad, dijo McCarthy.

A medida que la Tierra se redondea, su masa se acerca a su centro, lo que aumenta su velocidad de rotación, dijo.

Algunos han sugerido una correlación con el bamboleo de Chandler, dijo McCarthy. El eje sobre el que gira nuestro planeta no está alineado con su eje de simetría, una línea vertical invisible que divide la Tierra en dos mitades iguales.

Esto crea un ligero tambaleo a medida que la Tierra gira, similar a cómo se tambalea una pelota de fútbol cuando se lanza, dijo.

Cuando un jugador lanza una pelota de fútbol, ​​se tambalea ligeramente mientras gira porque a menudo no gira alrededor del eje de simetría, dijo.

«Si eres muy buen pasador en el fútbol, ​​alineas el eje de rotación con el eje de simetría en el fútbol. y no titubea”, dijo McCarthy.

Sin embargo, McCarthy dijo que la oscilación de Chandler probablemente no afecta la velocidad de rotación de la Tierra porque la oscilación se debe a la forma del planeta. Si la forma del planeta cambia, cambia la frecuencia de la oscilación, no su frecuencia de rotación, dijo.

El asteroide cercano a la Tierra tiene una superficie similar a un divertido pozo de bolas de plástico.

Eliminar un segundo bisiesto

Desde que los investigadores comenzaron a medir la velocidad de rotación de la Tierra usando relojes atómicos, la Tierra ha disminuido su velocidad de rotación, dijo McCarthy.

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“Nuestra existencia cotidiana ni siquiera reconoce ese milisegundo”, dijo McCarthy. «Pero si esas cosas se suman, podría cambiar la velocidad a la que insertamos un segundo bisiesto».

En los casos en que los milisegundos se acumulan con el tiempo, la comunidad científica ha agregado un segundo bisiesto al reloj para ralentizar nuestro tiempo para que coincida con el de la Tierra, dijo. Se han agregado 27 segundos bisiestos desde 1972, según EarthSky.

Debido a que la Tierra ahora gira más rápido, se debe eliminar un segundo bisiesto para alcanzar la velocidad de rotación creciente de la Tierra, dijo McCarthy.

Si el planeta continúa con esta tendencia de rotación, la eliminación del segundo bisiesto probablemente no tendría que ocurrir hasta dentro de tres o cuatro años, dijo.

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La artista Paris Woodhull abrirá un estudio y espacio comercial en la cuadra 100 de Gay Street



Paris Woodhull, 121 South Gay Street, futuro hogar de Paris Woodhull Illustrations, Knoxville, agosto de 2022

Artista local, figura del centro desde hace mucho tiempo y amiga de muchos, Paris Woodhull está dando un paso adelante en su carrera. Ella abrirá un espacio en 121 South Gay Street. El espacio, que recientemente incluyó Painting with a Twist, contará con un estudio en la parte trasera y un espacio comercial en el frente.

La última vez que hablé con Paris, ella estaba terminando su colorido mural en Strong Alley. Si bien Paris crea una variedad de tamaños y tipos de arte, su trayectoria ha ido desde piezas pequeñas hasta murales mucho más grandes. En todo momento, mantuvo un hilo común de producir bienes con su arte. Con el nuevo espacio, no solo podrá producir su arte de manera más eficiente, sino que también podrá vender directamente al público en persona.

Paris Woodhull, Dogwood Arts Festival, World’s Fair Performance Lawn, Knoxville, abril de 2022

Ella me dijo: “Los murales nunca desaparecerán. Siempre será parte de mi negocio. Gran parte es mayorista y minorista. Produce camisetas con su arte y dijo: «Yo misma serigrafío todas mis camisetas». La primavera pasada, cuando vio abrirse el espacio actual, supo que sería la oportunidad perfecta para comprar e instalar los grandes equipos que le permitirán hacer su trabajo de manera más eficiente. Esto también le permitirá tomar comandos de impresión de pantalla de otras personas.

La mayor parte del nuevo espacio se dedicará a maquinaria y producción de grabados y serigrafías. También habrá un pequeño estudio reservado para que él pinte. Dijo que quería que la gente pudiera entrar en ese espacio y observar y aprender el proceso que les da su arte o su mercancía. Ella dijo que podría ofrecer clases más pequeñas en el futuro.

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Paris Woodhull trabajando en su nuevo mural, Strong Alley, Knoxville, noviembre de 2021

El espacio frontal incluirá la venta al por menor de los productos que crean. Muchos de estos productos están actualmente disponible en su sitio web. Se incluyen camisetas impresas, adornos, tarjetas, calcomanías, paños de cocina y más. Los temas locales a menudo se incluyen, con sus mapas caprichosos de diferentes secciones de Knoxville, un favorito desde hace mucho tiempo. Espere verlos a todos en la nueva tienda, que incluirá estantes de exhibición construidos por su madre.

“Estoy súper emocionado por esta expansión. Creo que es un paso natural para mí. Dijo que una buena parte de su negocio está fuera del estado y en línea. También ha trabajado con centros de acogida. “Cuando hago diseño de productos personalizados, nunca he podido hacer ninguna parte del producto internamente porque no tenía el equipo. Estoy encantada de poder ayudar a mis clientes de principio a fin. Podemos diseñar una camiseta e imprimirla para ellos.

Dijo que las serigrafías de Knoxville están agotadas. Esto le permite controlar el flujo. Ella dijo que está usada Impresión antidisturbios durante años y han sido muy útiles para ayudarlo a rastrear equipos que pueden ser difíciles de obtener con los problemas actuales de la cadena de suministro. Cuando todo esté en su sitio, contará con una prensa de seis colores, un secador de cinta, un secador flash y una cabina de lavado.

121 South Gay Street, futuro hogar de Paris Woodhull Illustrations, Knoxville, agosto de 2022

Tiene un asistente de estudio y, una vez entrenada en el nuevo equipo, Paris espera poder dedicar más tiempo al final creativo. “Estoy súper emocionado de estar aquí. Siento que esta sección se convierte en la sección Maker con Jacks, Rala y Honeymouth. Ella seguirá teniendo productos en Rala.

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Espere que la tienda abra el primer viernes 2 de septiembre. Ella espera que la tienda esté abierta los miércoles y jueves de 11 a. m. a 5 p. m., viernes y sábado de 11 a. m. a 6 p. m. y domingo al mediodía. a las 5 pm.

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