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The DESI DR1 Peculiar Velocity Survey: Fundamental Plane Catalogue

Este artículo presenta el mayor conjunto único de mediciones de velocidad peculiar de bajo desplazamiento al rojo hasta la fecha, derivado de un catálogo de Plano Fundamental de 98.292 galaxias de tipo temprano en el DESI DR1, lo que duplica el número total de tales distancias disponibles y logra una precisión del 26% en las mediciones de distancia.

Autores originales: C. E. Ross, C. Howlett, J. R. Lucey, K. Said, T. M. Davis, J. Aguilar, S. Ahlen, A. J. Amsellem, J. Bautista, S. BenZvi, D. Bianchi, C. Blake, D. Brooks, A. Carr, T. Claybaugh, A. Cuceu, A. de la Maco

Publicado 2026-08-24

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CC BY 4.0

Autores originales: C. E. Ross, C. Howlett, J. R. Lucey, K. Said, T. M. Davis, J. Aguilar, S. Ahlen, A. J. Amsellem, J. Bautista, S. BenZvi, D. Bianchi, C. Blake, D. Brooks, A. Carr, T. Claybaugh, A. Cuceu, A. de la Macorra, B. Dey, P. Doel, K. Douglass, S. Ferraro, A. Font-Ribera, J. E. Forero-Romero, E. Gaztañaga, S. Gontcho A Gontcho, G. Gutierrez, J. Guy, K. Honscheid, D. Huterer, M. Ishak, R. Joyce, A. G. Kim, A. Kremin, O. Lahav, C. Lamman, M. Landriau, L. Le Guillou, A. Leauthaud, M. E. Levi, P. Martini, A. Meisner, R. Miquel, J. Moustakas, A. Muñoz-Gutiérrez, S. Nadathur, N. Palanque-Delabrouille, W. J. Percival, C. Poppett, F. Prada, I. Pérez-Ràfols, F. Qin, G. Rossi, E. Sanchez, D. Schlegel, M. Schubnell, D. Sprayberry, G. Tarlé, R. J. Turner, B. A. Weaver, R. Zhou, H. Zou

Artículo original bajo licencia CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). ✨ Esta es una explicación generada por IA del artículo a continuación. No ha sido escrita ni avalada por los autores. Para mayor precisión técnica, consulte el artículo original. Leer descargo de responsabilidad completo

El universo se está expandiendo, un hecho establecido desde hace casi un siglo. Pero la tasa de esa expansión no es la misma en todas partes, ni es perfectamente uniforme. Las galaxias no solo se alejan con el flujo cósmico; también tienen sus propios movimientos locales, atraídas por la gravedad de cúmulos cercanos y empujadas por los vacíos entre ellos. Estos movimientos locales se denominan velocidades peculiares. Al medir qué tan rápido se mueve una galaxia hacia nosotros o lejos de nosotros, más allá de la expansión general, los astrónomos pueden mapear la red invisible de materia oscura que da forma a nuestro vecindario cósmico. Este mapa es crucial porque ayuda a los científicos a probar si nuestra comprensión actual del universo, incluida la misteriosa fuerza que impulsa su expansión acelerada conocida como energía oscura, es correcta. Para hacer esto, los investigadores necesitan una forma de medir tanto la distancia real a una galaxia como su velocidad. Si bien la velocidad es relativamente fácil de determinar a partir del color de la luz, encontrar la distancia real es notoriamente difícil, lo que requiere una "regla" fiable que funcione a través de vastas extensionas del espacio.

Un equipo de astrónomos ha creado ahora la mayor colección individual de mediciones de velocidad peculiar jamás ensamblada, utilizando datos del Instrumento Espectroscópico de Energía Oscura, o DESI. Este instrumento, montado en un telescopio en Arizona, captura la luz de millones de galaxias. Los investigadores se centraron en un tipo específico de galaxia conocido como galaxia de tipo temprano, que son generalmente viejas, rojas y con forma de elipsoides suaves. Para estas galaxias, existe una relación fiable entre tres propiedades observables: qué tan rápido se mueven las estrellas en su interior en direcciones aleatorias, qué tan brillante parece la galaxia en promedio y qué tan grande se ve en el cielo. Esta relación, conocida como el Plano Fundamental, actúa como una regla cósmica. Debido a que la velocidad interna de las estrellas y el brillo promedio no cambian según qué tan lejos esté la galaxia, los astrónomos pueden usar ellos para calcular el tamaño físico real de la galaxia. Al comparar este tamaño real con qué tan grande parece la galaxia para nosotros, pueden determinar exactamente qué tan lejos está.

El artículo presenta un catálogo que contiene estas mediciones de distancia y velocidad para 98.292 galaxias únicas. Este número representa una duplicación de todas las mediciones de distancia del Plano Fundamental que jamás se han registrado para galaxias en nuestro universo local. Los investigadores lograron esto seleccionando cuidadosamente galaxias del primer año de operaciones de DESI, filtrando estrellas y otros objetos que confundirían las mediciones, y asegurando que la luz de cada galaxia fuera capturada con alta precisión. Luego midieron la velocidad de las estrellas dentro de cada galaxia y combinaron esto con el brillo y el tamaño de la galaxia para calcular su distancia. El proceso implicó controles rigurosos para asegurar que los datos estuvieran limpios, eliminando cualquier galaxia donde las mediciones fueran inciertas o donde la luz pudiera estar distorsionada por el polvo o imágenes superpuestas. El resultado final es un conjunto de datos donde la distancia a cada galaxia se conoce con una incertidumbre de aproximadamente el 26 por ciento, un nivel de precisión comparable al de encuestas anteriores mucho más pequeñas.

Uno de los aspectos más significativos de este trabajo es la escala y homogeneidad de la muestra. Las encuestas previas a menudo combinaban datos de muchos diferentes telescopios y métodos, lo que podía introducir inconsistencias sutiles. En contraste, todo este catálogo proviene de un solo instrumento utilizando un solo método, lo que reduce la posibilidad de errores ocultos. Los investigadores también verificaron problemas sistemáticos, como si las mediciones cambiaban dependiendo de dónde en el cielo se encontraba la galaxia o si la galaxia fue observada durante noches de luna brillante frente a noches oscuras. Encontraron que sus mediciones eran consistentes a través del cielo y que cualquier pequeña diferencia entre los tiempos de observación podía corregirse. También compararon sus resultados con un catálogo existente y exhaustivo de distancias galácticas llamado CosmicFlows-4 y encontraron que los dos conjuntos de datos concordaban bien, validando aún más su enfoque.

El mapa resultante de las velocidades peculiares muestra que el universo local no es estático. Las mediciones revelan un ligero flujo general de galaxias moviéndose en una dirección específica, consistente con la atracción gravitacional de estructuras masivas cercanas. Si bien las mediciones individuales de velocidad para una sola galaxia conllevan un gran margen de error, la gran cantidad de galaxias en el catálogo permite a los científicos ver el panorama general con claridad. Los datos confirman que no hay una extraña aceleración o desaceleración en el flujo de galaxias a medida que uno mira más lejos, lo que respalda los modelos actuales de cómo se expande el universo. Este nuevo catálogo sirve como base para una serie de estudios complementarios que utilizarán estas distancias para medir la tasa de expansión del universo y la tasa de crecimiento de las estructuras cósmicas con una precisión sin precedentes. Al proporcionar un conjunto masivo y consistente de mediciones de distancia locales, este trabajo ofrece una nueva y poderosa herramienta para probar las leyes fundamentales que gobiernan el cosmos.

Resumen Técnico: El Sondeo de Velocidades Peculiares DESI DR1: Catálogo del Plano Fundamental

Problema y Contexto
Las mediciones de las velocidades peculiares (PV) en el Universo local ( $z < 0.1$ ) sirven como una herramienta crítica para estudiar la energía oscura y la materia oscura, ofreciendo un método para romper la degeneración entre los desplazamientos al rojo observados y los cosmológicos. Si bien sondeos previos (por ejemplo, CosmicFlows-4) han proporcionado restricciones valiosas sobre la tasa de expansión local ( $H_0$ ) y la tasa de crecimiento de la estructura ( $f\sigma_8$ ), a menudo dependen de la combinación de conjuntos de datos heterogéneos de sondeos independientes utilizando diferentes trazadores (Plano Fundamental frente a Tully-Fisher) e instrumentos. Este enfoque introduce incertidumbres sistemáticas y discrepancias en la calibración y el punto cero (zero-pointing). El Instrumento de Espectroscopía de Energía Oscura (DESI) tiene como objetivo abordar estos problemas mediante la creación de un catálogo de PV grande y homogéneo utilizando un único instrumento y un sistema fotométrico. Este artículo presenta la primera entrega importante del catálogo de Velocidades Peculiares del Plano Fundamental (FP) de DESI, extendiendo el trabajo de la Entrega de Datos Temprana (EDR) a una muestra significativamente mayor.

Metodología
Los autores construyeron el catálogo extrayendo una muestra de galaxias de tipo temprano del DESI Data Release 1 (DR1) y de los DESI Legacy Imaging Surveys (DR9). La metodología involucró varias etapas rigurosas:

Criterios de Selección: La muestra inicial se extrajo del DESI Bright Galaxy Survey (BGS) y de objetivos específicos de PV. Se aplicaron cortes estrictos para asegurar datos de alta calidad:
- Clasificación espectroscópica como galaxias con desplazamientos al rojo robustos ( $ZWARN=0$ , $\Delta\chi^2 > 30$ ).
- Rango de desplazamiento al rojo $0.0033 < z < 0.1$ para equilibrar la señal de velocidad peculiar frente a los errores de medición.
- Límites de magnitud ( $10.0 < m_r < 18.0$ ) y cortes de color para aislar galaxias rojas de tipo temprano.
- Cortes morfológicos que requieren perfiles de de Vaucouleurs o índices de Sérsic $n_s > 2.5$ y razones axiales $b/a > 0.3$ .
- Cortes de dispersión de velocidad ( $\sigma_v$ ) ( $50 < \sigma_v < 420$ km s $^{-1}$ ) para asegurar mediciones fiables.
Consistencia Fotométrica y Espectroscópica:
- Los autores investigaron los desfases de magnitud entre los sondeos DECaLS y BASS/MzLS. Una comparación interna utilizando un modelo de población reveló un desfase de $-0.018 \pm 0.013$ mag, consistente con cero; por lo tanto, no se aplicó ninguna corrección de magnitud.
- Las dispersiones de velocidad se midieron utilizando el ajuste de Píxel Penalizado (pPXF) en los espectros de la banda azul de DESI (3600–5550 Å).
- Las comprobaciones de consistencia interna compararon las observaciones de tiempo brillante (bright-time) y de tiempo oscuro (dark-time), revelando un desfase sistemático donde las mediciones en tiempo oscuro arrojaron dispersiones más altas. Se aplicó una corrección de $+2.3 \pm 0.1$ km s $^{-1}$ a los datos de tiempo brillante.
- Las comprobaciones de consistencia externa contra SDSS DR16 (catálogo Portsmouth) mostraron una buena concordancia dentro del 5% de los errores, con una ligera subestimación de los errores en ambos conjuntos de datos, lo cual se corrigió inflando los errores de dispersión de velocidad de DESI por un factor de 1.13.
Ajuste del Plano Fundamental:
- Los autores ajustaron una relación de Plano Fundamental Gaussiana 3D ( $\log R_e = a \log \sigma_0 + b \log I_e + c$ ) utilizando un método de máxima verosimilitud que tiene en cuenta los sesgos de selección y la dispersión intrínseca.
- Se aplicaron correcciones de apertura ( $\alpha_{ap} = -0.06 \pm 0.03$ ) y correcciones de evolución ( $Q = 1.1 \pm 0.4$ ) para estandarizar los parámetros.
- Se implementó una corrección de "riqueza de grupo" (group richness) para abordar un sesgo donde las galaxias en grupos más ricos exhibían razones de log-distancia más negativas, una tendencia consistente con los hallazgos de SDSS.
- El punto cero se ancló utilizando indicadores de distancia independientes (supernovas Pantheon+SH0ES y datos de Tully-Fisher) en un artículo complementario (Carr et al., 2025), lo que permite la derivación de $H_0$ .
Derivación de Velocidades Peculiares:
- Las razones de log-distancia ( $\eta$ ) se calcularon comparando los radios efectivos observados con los predichos por la relación del FP.
- Las velocidades peculiares se derivaron de $\eta$ utilizando el estimador de Carreres et al. (2023), convirtiendo la razón de log-distancia en una velocidad en el marco del CMB.

Contribuciones Clave y Resultados

Tamaño del Catálogo: El artículo publica un catálogo de 98,292 galaxias de tipo temprano únicas con distancias basadas en FP y velocidades peculiares. Esto aumenta el número total de distancias FP medidas con $z < 0.1$ en un factor de $\sim 2$ en comparación con trabajos anteriores.
Precisión: Las mediciones de distancia alcanzan una precisión de error aleatorio del 26%, comparable a sondeos importantes previos (por ejemplo, SDSS FP).
Control de Sistemáticas: El estudio proporciona extensas comprobaciones de sistemáticas, incluyendo:
- Validación de la consistencia fotométrica entre las huellas (footprints) de los sondeos.
- Corrección por sesgos de observación de tiempo brillante/oscuro.
- Identificación y corrección del sesgo de riqueza de grupo en las razones de log-distancia.
- Demostración de que la relación del FP es robusta frente a variaciones en los criterios de selección (por ejemplo, índice de Sérsic, cortes de dispersión de velocidad), aunque cortes más estrictos en los indicadores de formación estelar (EW de H $\alpha$ ) sugieren que persiste una contaminación menor de espirales.
Submuestra de Agrupamiento (Clustering): Se curó una submuestra de 73,822 galaxias específicamente para análisis de agrupamiento cosmológico, restringida a la huella del BGS de DESI y excluyendo galaxias de muy bajo desplazamiento al rojo ( $z < 0.01$ ) para minimizar los sesgos del estimador.

Significancia
El artículo afirma que este catálogo representa el conjunto más grande de mediciones de velocidad peculiar hasta la fecha. Al utilizar un único instrumento (DESI) y un proceso de selección homogéneo, el sondeo simplifica la combinación de conjuntos de datos y reduce las fuentes de discrepancia sistemática inherentes a las compilaciones de múltiples sondeos. Los autores señalan que, si bien la muestra de DR1 cubre solo una fracción del área final del sondeo, el éxito actual sugiere que el sondeo completo producirá aproximadamente 100,000 galaxias FP adicionales, superando las proyecciones iniciales. Este conjunto de datos grande y homogéneo está posicionado para ser transformador para la "cartografía cósmica" y para probar modelos cosmológicos mediante mediciones precisas de $H_0$ y $f\sigma_8$ en bajos desplazamientos al rojo, como se demuestra en la serie de artículos acompañantes. El trabajo establece un flujo de trabajo (pipeline) robusto para futuras entregas de datos (DR2 y posteriores), donde la muestra será aún más completa y las incertidumbres sistemáticas se reducirán aún más.

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