Los científicos han descifrado distorsiones débiles en los patrones de la luz más temprana del universo para mapear enormes estructuras tubulares invisibles para nuestros ojos, conocidas como filamentos que sirven como autopistas para llevar materia a centros densos como los cúmulos de galaxias.
El equipo científico internacional, que incluyó a investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley del Departamento de Energía Berkeley Lab y UC Berkeley, analizó datos de estudios del cielo pasados utilizando tecnología sofisticada de reconocimiento de imágenes para detectar los efectos basados en la gravedad que identificanlas formas de estos filamentos. También utilizaron modelos y teorías sobre los filamentos para ayudar a guiar e interpretar su análisis.
publicado el 9 de abril en la revista Astronomía de la naturaleza , la exploración detallada de los filamentos ayudará a los investigadores a comprender mejor la formación y evolución de la red cósmica, la estructura a gran escala de la materia en el universo, incluidas las cosas misteriosas e invisibles conocidas como materia oscura que componen85 por ciento de la masa total del universo.
La materia oscura constituye los filamentos, que los investigadores aprendieron típicamente se extienden a través de cientos de millones de años luz, y los llamados halos que albergan los cúmulos de galaxias son alimentados por la red universal de filamentos. Más estudios de estos filamentos podrían proporcionarnuevas ideas sobre la energía oscura, otro misterio del universo que impulsa su expansión acelerada.
Las propiedades de los filamentos también podrían poner a prueba las teorías de la gravedad, incluida la teoría de la relatividad general de Einstein, y prestar pistas importantes para ayudar a resolver un aparente desajuste en la cantidad de materia visible que se prevé que existe en el universo, el "problema de bariones faltantes"."
"Por lo general, los investigadores no estudian estos filamentos directamente; observan las galaxias en observaciones", dijo Shirley Ho, científica sénior en Berkeley Lab y profesora asociada de física de Cooper-Siegel en la Universidad Carnegie Mellon que dirigió el estudio ".Utilizamos los mismos métodos para encontrar los filamentos que usan Yahoo y Google para el reconocimiento de imágenes, como reconocer los nombres de los letreros de las calles o encontrar gatos en las fotografías ".
El estudio utilizó datos del Estudio Espectroscópico de Oscilación de Baryon, o BOSS, un estudio del cielo basado en la Tierra que capturó la luz de aproximadamente 1.5 millones de galaxias para estudiar la expansión del universo y la distribución pautada de la materia en el universo puesta en movimiento por la propagaciónde ondas de sonido, u "oscilaciones acústicas bariónicas", ondulaciones en el universo primitivo.
El equipo de encuesta de BOSS, que contó con científicos de Berkeley Lab en roles clave, produjo un catálogo de estructuras de filamentos probables que conectaban grupos de materia que los investigadores extrajeron en el último estudio.
Los investigadores también se basaron en mediciones precisas, basadas en el espacio, del fondo cósmico de microondas, o CMB, que es la señal remanente casi uniforme de la primera luz del universo. Si bien esta firma de luz es muy similar en todo el universo, existenfluctuaciones que se han mapeado en encuestas anteriores.
En el último estudio, los investigadores se centraron en las fluctuaciones modeladas en el CMB. Utilizaron sofisticados algoritmos informáticos para buscar la impresión de filamentos de distorsiones basadas en la gravedad en el CMB, conocidas como efectos de lentes débiles, que son causadas por la luz CMBpasando por la materia.
Dado que las galaxias viven en las regiones más densas del universo, la señal de lente débil de la desviación de la luz CMB es más fuerte en esas partes. La materia oscura reside en los halos alrededor de esas galaxias, y también se sabía que se extendía desde esas áreas más densas enfilamentos
"Sabíamos que estos filamentos también deberían causar una desviación de CMB y también producirían una señal de lente gravitacional débil medible", dijo Siyu He, autora principal del estudio que es investigadora de doctorado de la Universidad Carnegie Mellon - ellaahora está en Berkeley Lab y también está afiliado a UC Berkeley. El equipo de investigación utilizó técnicas estadísticas para identificar y comparar las "crestas" o puntos de mayor densidad que las teorías informaron que señalarían la presencia de filamentos.
"No solo estábamos tratando de 'conectar los puntos', estábamos tratando de encontrar estas crestas en la densidad, los puntos máximos locales en densidad", dijo. Revisaron sus hallazgos con otros datos de filamentos y cúmulos de galaxias,y con "simulacros" o filamentos simulados basados en observaciones y teorías. El equipo utilizó grandes simulaciones cosmológicas generadas en el Centro Nacional de Computación Científica de Investigación de Energía de Berkeley NERSC, por ejemplo, para verificar si hay errores en sus mediciones.
Los filamentos y sus conexiones pueden cambiar de forma y conexiones en escalas temporales de cientos de millones de años. Las fuerzas competitivas de la atracción de la gravedad y la expansión del universo pueden acortar o alargar los filamentos.
"Los filamentos son esta parte integral de la red cósmica, aunque no está claro cuál es la relación entre la materia oscura subyacente y los filamentos", y esa fue una motivación principal para el estudio, dijo Simone Ferraro, una de las autoras del estudio quees becario posdoctoral de Miller en el Centro de Física Cosmológica de UC Berkeley.
Los nuevos datos de los experimentos existentes y los estudios del cielo de la próxima generación, como el Instrumento Espectroscópico de Energía Oscura DESI dirigido por el Laboratorio Berkeley ahora en construcción en el Observatorio Nacional Kitt Peak en Arizona deberían proporcionar datos aún más detallados sobre estos filamentos, agregó.
Los investigadores señalaron que este importante paso para detectar las formas y ubicaciones de los filamentos también debería ser útil para estudios enfocados que buscan identificar qué tipos de gases habitan en los filamentos, las temperaturas de estos gases y los mecanismos de cómo entran y se mueven las partículasalrededor de los filamentos. El estudio también les permitió determinar la longitud de los filamentos.
Siyu dijo que resolver la estructura del filamento también puede proporcionar pistas sobre las propiedades y el contenido de los vacíos en el espacio alrededor de los filamentos, y "ayudar con otras teorías que son modificaciones de la relatividad general", dijo.
Ho agregó: "También podemos usar estos filamentos para restringir la energía oscura; su longitud y anchura pueden decirnos algo sobre los parámetros de la energía oscura".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cita esta página :