¿Qué tan caliente está el Universo hoy? ¿Qué tan caliente estaba antes? Un nuevo estudio realizado por un equipo internacional de investigadores, incluidos miembros del Instituto Kavli para la Física y las Matemáticas del Universo Kavli IPMU, sugiere que la temperatura media deEl gas en las grandes estructuras del Universo se ha incrementado aproximadamente 3 veces en los últimos 8 mil millones de años, hasta alcanzar aproximadamente dos millones de Kelvin en la actualidad.
La estructura a gran escala del Universo se refiere al patrón global de cómo las galaxias y los cúmulos de galaxias se distribuyen en el espacio. Esta red cósmica se formó a partir de pequeñas irregularidades en la distribución de la materia en el Universo temprano, que se amplificaron mediante la atracción gravitacional ".A medida que el Universo evoluciona, la gravedad atrae la materia oscura y el gas en el espacio para formar galaxias y cúmulos de galaxias ", dijo Yi-Kuan Chiang, autor principal del estudio e investigador del Centro de Cosmología y Física de Astropartículas de la Universidad Estatal de Ohio.. "El arrastre es violento, tan violento que cada vez más gas se descarga y se calienta".
Este gas calentado se puede utilizar para medir la temperatura media del Universo durante el tiempo cósmico. En particular, los investigadores utilizaron el llamado efecto "Sunyaev-Zeldovich", que lleva el nombre de Rashid Sunyaev, director emérito del Instituto Max Planck.para Astrofísica, y el físico de la era soviética Yakov Zeldovich, quien predijo teóricamente este fenómeno por primera vez. Este efecto surge cuando los fotones de baja energía de la radiación cósmica de fondo de microondas son dispersados por electrones calientes en la estructura a gran escala del Universo.energía de electrones a fotones, haciendo visible el gas de electrones calientes. La intensidad del efecto Sunyaev-Zeldovich es proporcional a la presión térmica del gas, que, a su vez, es proporcional a la temperatura de los electrones.
Si bien esta medición es sencilla en principio, la recopilación de los datos necesarios fue una tarea importante. El estudio, que se ha publicado en Revista astrofísica , se realizó en colaboración con investigadores de la Kavli IPMU, la Universidad Estatal de Ohio, la Universidad Johns Hopkins y el Instituto Max Planck de Astrofísica.
Los investigadores utilizaron datos recopilados por dos observatorios, el satélite Planck y el Sloan Digital Sky Survey SDSS. Planck es la misión de la Agencia Espacial Europea que midió la radiación cósmica de fondo de microondas. El SDSS recopiló imágenes detalladas y espectros de luz de galaxias. Combinandolos dos conjuntos de datos, los científicos pudieron medir la cantidad de presión térmica alrededor de las ubicaciones de galaxias y cúmulos de galaxias.
"A los astrónomos les tomó más de 15 años recolectar los datos necesarios usando un telescopio en tierra y otro en el espacio", dijo Brice Ménard, quien dirigió el análisis con Chiang. Ménard, quien ha sido un científico visitante en la UIP de Kavli desde2011, agregó: "En el lado del análisis, nuestro equipo pasó cuatro años desarrollando los algoritmos necesarios para extraer la señal de estos datos".
Además, la interpretación de los datos requirió un modelo físico, que fue proporcionado por Ryu Makiya, un investigador en la Kavli IPMU. "Combinando los últimos datos con un modelo teórico de vanguardia, pudimosrevelan cómo evolucionó la temperatura del Universo y cómo se relacionó con la formación de la estructura a gran escala del Universo ", dijo Makiya." El próximo objetivo es comprender los detalles de la física de los fenómenos térmicos y no térmicos ".
Chiang, de la Ohio Stated University, agregó: "Nuestra nueva medición proporciona una confirmación directa del trabajo fundamental de Jim Peebles, el Premio Nobel de Física de 2019, quien expuso la teoría del surgimiento de estructuras a gran escaladel universo."
El estudio determinó que hace unos ocho mil millones de años con un corrimiento al rojo z = 1, la temperatura media de los electrones era de unos 700.000 Kelvin, aumentando a unos dos millones de Kelvin en la actualidad. Además, los científicos determinaron que su evolución está impulsada casi en su totalidad porel crecimiento de estructuras, ya que el gas se calienta por choque al colapsar estructuras a gran escala.
En 2000, Eiichiro Komatsu, investigador principal de Kavli IPMU y director del Departamento de Cosmología Física del Instituto Max Planck de Astrofísica, también participó en un esfuerzo previo para calcular cómo evolucionó la temperatura del Universo ".Durante 20 años, hemos estado estudiando cómo medir esto usando el efecto Sunyaev-Zeldovich ", recordó." Ahora finalmente hemos medido la temperatura del Universo, no solo gracias al notable progreso en los datos de observación, sino también debido alos dedicados esfuerzos de brillantes jóvenes científicos como Yi-Kuan Chiang y Ryu Makiya. Esto es muy satisfactorio ", agregó Komatsu.
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Materiales proporcionado por Instituto Kavli de Física y Matemáticas del Universo . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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