Carlos Contreras Velásquez: Tasa de Formacion de Grandes Estructuras hasta redshift z=0.8 en el Survey de Galaxias WiggleZ

Carlos Contreras Velásquez es actualmente postdoc en Aarhus University, Dinamarca. Previamente obtuvo su grado de Licenciado en Astronomía en la Pontificia Universidad Católica y su Doctorado en Swinburne University en Melbourne, Australia. Sus intereses se centran en Cosmología, Estructuras de Gran Escala y Supernovas. Puedes contactarlo en carlos dot astro at gmail dot com

La evolucion de la distribución de las galaxias en el Universo proporciona información sobre sus condiciones iniciales y los procesos físicos que han moldeado su forma actual. La formación de grandes estructuras (cúmulos y super cumulos) está finamente sintonizada por los efectos de la Gravedad (colapso) y la Energía Oscura (expansión). En este contexto, conocer la tasa de formación de grandes estructuras agrega condiciones adicionales que una teoria gravitatoria debe cumplir, ya que no sólo debe dar cuenta de la expansión acelerada sino también de la formación de estructura en el tiempo. Además la naturaleza de la Energia Oscura esta íntimamente ligada al resultado de este test, ya que un cambio en la teoría gravitatoria llevaría a una re-evaluación de la naturaleza de la energía oscura, incluso de su mera existencia.

El primer paso de un experimento tal es obtener un catálogo de redshifts de galaxias de volumen cosmológico que permita hacer mediciones estadísticas de su distribución espacial a gran escala. Nuestro catálogo, el WiggleZ survey, fue el primero en mapear galaxias azules hasta redshift 1.1 en un volumen cosmológico. Luego trasforma los redshifts en distancias usando el modelo cosmológico a testear.

Fig 1: Izquierda: La correlación de 2 puntos de las galaxias WiggleZ ξ(σ,π) a redshift z=0.6. Derecha: Valores para la tasa de crecimiento como función de redshift; puntos rojos corresponden a resultados de este trabajo, los puntos verdes provienen de un análisis independiente de los mismos datos usando el espectro de potencia de la distribución de galaxias y pentágonos negros indican resultados de otros surveys (click para ampliar).

El segundo paso es medir la función de autocorrelación bidimensional del catálogo ξ(σ,π) en la dirección transversal y paralela (σ,π) a la línea de visión, para secciones de distinto redshift (distintas épocas en la vida del Universo). Si los redshifts fueran puramente cosmológicos, usando un modelo cosmológico aproximadamente correcto, el resultado seria una función ξ(σ,π) con simetría esférica. Pero en la práctica, las velocidades peculiares de las galaxias (provocadas por la presencia de las grandes estructuras), distorsionan la forma de la función ξ(σ,π) del catalogo, imprimiéndole un patrón característico (ver Figura 1, izquierda) que puede ser modelado y del cual se puede obtener la tasa de formación de estructura ademas de otros parámetros.

El tercer paso es ajustar un modelo a ξ(σ,π) conteniendo parámetros consistentes con la cosmología inicial, y la tasa de formación de estructura.

En este artículo medimos ξ(σ,π) en 200.000 galaxias del WiggleZ survey, en 4 secciones de distinto redshift z = [0.2, 0.4, 0.6, 0.76], ajustamos el ‘modelo de Kaiser’ para la distorsión por las velocidades peculiares, y obtenemos valores para la tasa de crecimiento de estructura. Los resultados se muestran en la Figura 1 (derecha), donde aparecen ademas las curvas de valores teóricos predichos por la Cosmología Standard, y mediciones de otros Surveys.

Los resultados del WiggleZ dan cuenta por primera vez de la tasa de formación de estructura para una serie de intervalos desde aproximadamente la mitad de la vida del Universo, y sus resultados son consistentes con la Gravedad descrita por la teoría de la Relatividad General, con la Energía Oscura siendo una constante cosmológica. Ademas WiggleZ usa galaxias azules (con formación estelar) como trazador de la distribución de la materia, lo que implica que sus resultados son independientes de otros surveys, con los cuales se puede combinar para mejorar las mediciones.

"The WiggleZ Dark Energy Survey: measuring the cosmic growth rate with the two-point galaxy correlation function"
C. Contreras V., et al.
MNRAS 430, 924 (2013) - ArXiv:1302.5178

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Felipe Marín: Determinando la evolución de la estructura a gran escala usando la correlación de 3-puntos del WiggleZ survey

Felipe Marín es postdoc en Swinburne University, en Melbourne, Australia. Felipe hizo su Licenciatura en Astronomía en la Universidad de Chile, y en Junio del 2010 obtuvo su Doctorado en la Universidad de Chicago. Lo puedes contactar en fmarin at astro dot swin dot edu dot au

En este artículo estudio la estadística de la distribución espacial de galaxias del WiggleZ Dark Energy Survey. Este muestreo obtiene espectros de  200.000 galaxias a un redshift medio z=0.6 (distancia co-móvil: 2200 Mpc). Usando las líneas de emisión de estas galaxias se obtiene su redshift cosmológico, que es un indicador de distancia y así se crea un mapa tri-dimensional de la estructura a gran escala. 

En mi caso he medido la  ‘correlación de tres puntos’ (3PCF). La 3PCF mide la probabilidad de encontrar tres galaxias formando un triángulo de una escala y forma dada. En la parte izquierda de la figura de abajo muestro, en símbolos azules, la 3PCF de las galaxias de WiggleZ en configuraciones donde el segundo lado del triángulo es el doble del primero, como función del ángulo entre estos dos lados, ϑ (theta).

La 3PCF (reducida) de las galaxias WiggleZ (símbolos azules), en la muestra de galaxias a z=0.55 y de la materia total (incluyendo materia oscura) en una simulación de N-cuerpos (línea negra). En rojo muestro el modelo de 'bias' que conecta la 3PCF de la materia con la de las galaxias WiggleZ. En todos los sub-gráficos muestro la 3PCF para triángulos con dos lados fijos, y en función de theta que da el tercer lado.

Se puede ver que la 3PCF como función de theta tiene forma de U: significa que es posible encontrar más triángulos (correlacionados) en configuraciones  colapsadas o casi elongados, que es una consecuencia de la concentración de galaxias y materia en filamentos, en la ‘cosmic web’.  

La 3PCF sirve para discriminar diferentes modelos de formación de estructura a escalas cosmológicas. Utilizando un modelo que relaciona la densidad de materia total con la densidad de galaxias mido como las estructuras evolucionan con el tiempo. Encuentro que ésta concuerda con las predicciones del modelo Lambda-CDM  estándar de evolución cosmológica.

"The WiggleZ Dark Energy Survey: constraining galaxy bias and cosmic growth with 3-point correlation functions."
Felipe Marín et al., 2013
MNRAS 232, 2654 (2013) - arXiv:1303.6644
Resumen (en ingles, después del salto)