Conjunto Sunyaev-Zel'dovich

El conjunto Sunyaev-Zeldovich ( SZA ) en California es un conjunto de ocho  telescopios de 3,5 metros que operaba como parte del ahora clausurado Conjunto Combinado para la Investigación en Astronomía de Ondas Milimétricas (CARMA). Sus objetivos iniciales eran estudiar el fondo cósmico de microondas (CMB) para medir sus anisotropías a pequeña escala y encontrar cúmulos de galaxias. El estudio se completó en 2007, y actualmente el conjunto se utiliza principalmente para caracterizar cúmulos mediante el efecto Sunyaev-Zeldovich . Las observaciones comenzaron en el SZA en abril de 2005.

Uno de los avances más importantes de los últimos años ha sido la detección, mediante observaciones del fondo cósmico de microondas y estudios de supernovas , de una forma de energía que acelera la expansión del universo. Denominada energía oscura por analogía con la materia oscura, se cree que representa aproximadamente el 70% del contenido energético del universo.

Si bien la energía oscura no se puede observar directamente, sus propiedades básicas se pueden inferir a partir de su efecto en la formación de estructuras en el universo. Del mismo modo que un ecólogo puede aprender sobre el suministro de alimentos estudiando cómo evolucionan las poblaciones animales con el tiempo, los físicos pueden aprender sobre la energía oscura estudiando las estadísticas demográficas de los habitantes del universo; en este caso, los cúmulos de galaxias .

El SZA debe su nombre al método que utiliza para medir los cúmulos de galaxias: la dispersión de la luz del fondo cósmico de microondas (CMB) al atravesar el gas ionizado y caliente del cúmulo, conocida como efecto Sunyaev-Zeldovich (efecto SZ). En resumen, el CMB se utiliza como una luz de fondo contra la cual se pueden observar los cúmulos de galaxias por las sombras que proyectan. Dado que el SZA detecta la sombra en lugar de la luz emitida por el propio cúmulo, puede utilizarse para medir cúmulos suficientemente grandes casi independientemente de su corrimiento al rojo , remontándose a la época en la que comenzaron a formarse.

El SZA se ha utilizado para observaciones de múltiples longitudes de onda de más de 100 cúmulos de galaxias, tanto por sí solo como como parte del Combined Array for Research in Millimeter-wave Astronomy (CARMA), que fue desmantelado después del 3 de abril de 2015. ^{[ 1 ]} De 2005 a 2007, el SZA realizó un estudio profundo de 31  GHz ( Gigahertz ) de varias regiones del cielo.

El SZA no es un telescopio único, sino un conjunto de ocho telescopios que funcionan conjuntamente como un interferómetro . Un interferómetro no detecta la luz de la misma manera que un telescopio convencional, midiendo la potencia total captada por una sola antena; en cambio, analiza las diferencias entre la luz que incide en pares de telescopios. Al igual que las olas del agua, las ondas de luz pueden interferir entre sí, produciendo un patrón complejo de aumentos de intensidad donde las ondas interfieren constructivamente y nulos donde interfieren destructivamente.

Cuando la luz de una fuente incide sobre el conjunto de sensores, un interferómetro detecta este patrón de interferencia , de ahí su nombre. La estructura de la fuente en el cielo se puede deducir a partir del patrón de interferencia, de forma similar a como se deduce el tamaño y la forma de una piedra arrojada a un estanque a partir del patrón de ondas que deja a su paso.

La resolución intrínseca de un interferómetro no depende del tamaño de los telescopios individuales (como en un telescopio único tradicional), sino de su separación. Los pares de telescopios con grandes separaciones proporcionan sensibilidad a la estructura a pequeña escala, mientras que las separaciones cortas permiten detectar la estructura a gran escala en el cielo. Los ocho telescopios del SZA son lo suficientemente pequeños como para colocarse muy cerca unos de otros, lo que proporciona la máxima sensibilidad a la señal SZ (a gran escala) de los cúmulos. Al combinar el SZA con los demás telescopios del conjunto CARMA, que tenían mayores separaciones y eran sensibles a escalas angulares más finas, se obtuvo una imagen completa de los cúmulos de galaxias con una resolución muy alta.