NeoFronteras

Levantan el mayor mapa del Universo hasta la fecha

Área: Espacio — sábado, 16 de julio de 2016

El mayor mapa del universo visible conseguido hasta la fecha permite saber más sobre la energía oscura, además de confirmar el modelo cosmológico estándar y la Relatividad General.

Foto

El hecho de no poder salir de nuestra galaxia (ni siquiera del Sistema Solar) nos dificulta saber cómo es el Universo. Sólo tenemos una visión desde un punto: el lugar que ocupamos.

Además, medir distancias hasta los objetos astronómicos no es sencillo. Las candelas estándar como las cefeidas variables o las supernovas de tipo de tipo Ia pueden ayudarnos en esta tarea. Incluso nos pueden ayudar a calibrar el sistema que permite calcular distancia mediante el corrimiento al rojo cosmológico.

Así que ya lo tenemos. Una vez tengamos calibrado el corrimiento al rojo (básicamente saber con precisión la constante de Hubble) podemos saber la distancia a todas las galaxias del Universo visible con sólo sacar un espectro de cada una de ellas.

Lo malo es que esto no es tampoco nada fácil. La mayoría de las galaxias lejanas son tan débiles que no las vemos ni con los telescopios actuales más grandes, por lo que sacar un espectro de ellas es casi imposible ahora, pues un espectro necesita de mucha mayor cantidad de luz para ser obtenido en un tiempo prudencial que una simple foto. Encima, cualquier galaxia que esté justo en nuestro plano galáctico queda oculta por las nubes de gas y polvo de nuestra Vía Láctea.

Pese a todo, el trabajo de cientos de astrónomos ha permitido medir la distancia a 1,2 millones de galaxias, lo que ha posibilitado levantar un mapa tridimensional de nuestro universo cercano. Es el mapa tridimensional más grande nunca levantado. La idea de la construcción de este mapa es que ayude a tener unas medidas más precisas de cómo la energía oscura está acelerando la expansión del Universo, entre otras cosas.

Para levantar este mapa se han necesitado cinco años de trabajo a partir de los datos de 1,2 millones de galaxias que cubren un cuarto del cielo. Estas galaxias ocupan unos 650.000 millones de años luz cúbicos. El mapa y los datos se harán accesibles a todo aquel que lo quiera. Se puede apreciar una rodaja del mapa aquí.

Las medidas fueron tomadas por la campaña BOSS (Baryon Oscillation Spectroscopic Survey) dentro del programa Sloan Digital Sky Survey-III. A partir de estos datos se puede calcular el ritmo de expansión del Universo en el presente y en distintos momentos del pasado y, por tanto, determinar algunas de las propiedades de la energía oscura. También se puede medir tanto la cantidad de energía oscura como de materia oscura. Se han enviado ya varios artículos con los resultados obtenidos.

BOSS mide el ritmo de expansión del Universo mediante la determinación del tamaño de las oscilaciones acústicas bariónicas (OAB) en la distribución tridimensional de galaxias. En este contexto “bariónico” se refiere a la materia ordinaria, que está compuesta principalmente por bariones (principalmente protones), y es la materia que emite luz cuando está en forma de estrellas.

El tamaño original a las OAB está determinado por las ondas de presión que viajaron a través del Universo temprano cuando este tenía sólo 400.000 años de edad, que fue justo cuando el Universo se hizo transparente y se formó el fondo cósmico de microondas. En ese momento quedó “congelada” la distribución de materia del Universo.

Esta distribución de materia es lo que precisamente permitió que la materia ordinaria se aglomerara para formar galaxias allí en donde había más densidad. Las galaxias que se formaron están separadas por una distancia promedio que se denomina escala acústica. El tamaño de la escala acústica de hace 13.400 millones de años está determinada por el fondo cósmico de microondas, cosa que ahora conocemos con extraordinaria precisión gracias a las misiones WMAP y Planck.

Se puede observar una conexión dramática entre la escala vista en los mapas del fondo cósmico de microondas y la agregación de galaxias en los 7000 a 12000 millones de años más tarde, así como de los vacíos que han dejado entre ellas.

Midiendo esta escala acústica en la actualidad o unos miles de millones de años atrás (si miramos lo suficientemente lejos), gracias a mapas como el que describimos ahora, se puede saber cómo la escala acústica ha evolucionado en el tiempo y esto permite medir el efecto de la materia y energía oscuras, al ser estas las que han gobernado la expansión durante todo este tiempo.

Recordemos que la energía y materia oscuras constituyen el 95% del Universo. La primera tiene a separar la materia entre sí al expandir el espacio y la segunda tiene a juntar la materia debido a la gravedad.

En el mapa se puede ver la firma distintiva de un movimiento coherente de materia hacia regiones del Universo en donde hay más materia debido a la gravedad. Se puede medir además, cómo se juntan las galaxias en cúmulos en función del tiempo con un detalle tal que se puede poner a prueba la Relatividad General a escala cosmológica, cosa que hasta ahora no se había hecho conseguido con precisión. Se concluye que todo este comportamiento observado está bien explicado por la Relatividad General.

En el nuevo mapa, además de haber podido medir cómo las galaxias visibles son atraídas hacia otras galaxias gracias al tirón gravitatorios de la materia oscura, se puede ver el efecto a gran escala de la energía oscura tratando de expandir el Universo a un mayor ritmo del debido.

La evolución de la escala acústica a lo largo del tiempo permite medir cómo ha ido cambiando la expansión. Algo que, con estos datos, se puede conocer sobre una horquilla temporal que va de desde hace 2000 millones de años a hace 7000 millones de años. Esto permite saber más sobre la naturaleza de la energía oscura.

En medidas anteriores se comprobó que la energía oscura ya tenía un papel significativo sobre la expansión del Universo hace 5000 millones de años. Gracias a los nuevos resultados obtenidos, se sabe cómo ha operado desde hace 7000 millones de años hasta hace 2000 millones de años (que se considera el presente).

Los resultados obtenidos apoyan la idea de que el ritmo de expansión está dominado por un fenómeno a escala cósmica como el de la energía oscura, en lugar de deberse a que la teoría gravitatoria establecida sea incorrecta.

Además, si la energía oscura ha estado controlando la expansión del Universo a lo largo de todo este tiempo, este mapa nos dice que la propia energía oscura ha estado evolucionando muy lentamente, si es que lo ha hecho. Como máximo puede haber cambiado un 20% en los últimos 7000 millones de años.

Se puede concluir que, según los resultados obtenidos, el modelo cosmológico estándar (modelo Lambda-CDM) que se ha construido durante los últimos 18 años es correcto o, al menos, sale muy fortalecido, pues el error entre lo medido y lo predicho por la teoría sólo difiere en un 5%.

Finalmente, este mapa proporciona unos cimientos sólidos sobre los que medir oscilaciones acústicas bariónicas con aún mayor precisión en el futuro, como por ejemplo con DESI (Dark Energy Spectroscopic Instrument). Este instrumento permitirá levantar un mapa tridimensional sobre un volumen de espacio que será 10 veces mayor, lo que posibilitará caracterizar aún mejor la energía oscura y, en última instancia, saber el futuro del Universo.

Copyleft: atribuir con enlace a http://neofronteras.com/?p=4989

Fuentes y referencias:
Web de SDSS.
Una rojada del mapa.
Artículos oficiales.
Artículo original I.
Artículo original II.
Artículo original III.
Artículo original IV.
Artículo original V.
Artículo original VI.
Imagen: Jeremy Tinker and SDSS-III.

Salvo que se exprese lo contrario esta obra está bajo una licencia Creative Commons.
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9 Comentarios

  1. Tomás:

    Evidentemente no son pocos 6,5 x 10^11 Al cúbicos que corresponden, más o menos, a un cubo de 8662.39 Al de lado. A partir de las figuras, a ojo de mal cubero, he calculado que esa corona esférica tendría 800 veces ese volumen, por lo que el espacio asequible podría resultar de unos 5,2 x 10^14 Al. Seguramente meto la pata, pero no lo sé hacer mejor, ya que me faltan nada menos que los radios, por ejemplo, aunque supongo que el más lejano podrá ser 13400 millones de Al que se dan en el artículo.
    Espero que alguien me corrija. Y gracias por ello si lo hace.

  2. NeoFronteras:

    Estimado Tomás:
    El mapa estaría compuesto por dos “quesitos” (dos secciones de corona esférica), pues entre medias la Vía Láctea tapa el espacio profundo. La figura del post representa uno de ellos. Aquí se pueden ver los dos trozos de cielo cubiertos:
    http://www.sdss.org/wp-content/uploads/2015/01/BOSS_CMASS_DR12_footprints.png

    La profundidad serían esos de 2000 a 7000 millones de años luz. Pero la calidad del mapa disminuye conforme nos alejamos del centro (en donde estamos nosotros).

    Se ha añadido un enlace a una rodaja del mapa para que se puedan apreciar los detalles, además uno a la web de SDSS. En la propia web de SDSS se da la cifra esa de los 650.000 millones de Al cúbicos.

    De todos modos si se calcula la integral de volumen en coordenadas esféricas para esos datos y para el quesito mayor, el volumen que sale es bastante más grande de lo que dicen.

    Por otro lado, es curioso que posiblemente sepamos más acerca del pasado del Universo que del presente, pues el centro de ese Universo visible, que es donde estamos y representa el presente, tiene un volumen pequeño y el comportamiento del Universo tiene menos estadística que lo respalde. Si miramos más lejos, ya es el pasado.

  3. lluís:

    En relación con el comentario de Neo, ¿ por qué no utilizaron coordenadas esféricas, dado que sale un volumen bastante más grande?. ¿Utilizaron coordenadas cartesianas?.

  4. Tomás:

    Me dices, admirado Neo, que es un “quesito”, pero como lo veo mayor por la parte exterior, pensé que era una parte de una corona esférica. A ver si me explico porque no se me ocurre como nombrarlo geométricamente: Si hacemos un cuadrado o un paralelogramo sobre la superficie esférica de la Tierra y lanzamos unas rectas desde los vértices hacia el centro del planeta; si de ese volumen tomamos la parte del manto, ese sería el tipo de volumen al que me refiero. Sería un ángulo sólido limitado por dos superficies esféricas concéntricas. Pero no sé como llamarlo (como no sea “quesito de bola” -je, je-). Si, en vez de ser “eso” es un “quesito” al que “supongo” se le ha quitado la punta para restarle la Via Láctea, entonces el cálculo, tal como lo hago no es correcto -y, a lo peor, tampoco si fuese como decía en mi 1-. No sé si entiendo bien al interpretar que esos “2000 a 7000” Mal es la distancia entre el plano más cercano y el más alejado.
    Estimo que tú y Lluís tenéis toda la razón en vuestra propuesta de coordenadas esféricas.
    Muy agradecido y saludos cordiales.

  5. josejuan:

    Siempre que se indica algo como “un mapa tridimensional de nuestro universo cercano” me surge la misma duda.

    El término da a entender que se dispone de las posiciones (espaciotemporales) relativas de los objetos incluidos pero no veo como ésto podría ser posible.

    De mi nulo conocimiento, mas que un mapa, se dispone de una superposición de “fotogramas” tomados no sólo en tiempos y posiciones diferentes, sino en tiempos y posiciones relativamente diferentes (la luz que nos llega de un objeto lejano fue lanzado en cierto tiempo posición y dirección y nosotros la hemos captado en otro tiempo, otra posición y otra dirección.

    Vamos, que entiendo que sí es posible extraer determinada información de dichos “fotogramas”, pero en la mayoría de los casos propiedades globales (a cierta localidad más o menos grande), por lo que hablar de “un mapa tridimensional de nuestro universo cercano” siempre me ha parecido que lleva a error.

    Así, ¿ciertamente no se dispone de un mapa tridimensional de nuestro universo cercano y el mapa apuntado no se parece en nada a lo que actualmente es realmente nuestro universo cercano o estoy equivocado?

    Muchas gracias por cualquier aclaración y aprovecho el comentario para felicitar y agradecer a NeoFronteras por el gran trabajo que realiza. Un saludo.

  6. Tomás:

    Creo que, en efecto, tienes razón. Una galaxia muy lejana puede haberse transformado totalmente, sobre todo si la luz que vemos y analizamos ha tardado 10.000 Ma en llegar, o haberse trasladado una barbaridad, no solo por el alejamiento Huble, sino por otros movimientos laterales. Pero estoy seguro de que esas cuestiones ya son tenidas en cuenta por nuestros astrónomos y que en sus análisis se verán reflejadas, al menos con la fiabilidad que les conceda la ciencia y la tecnología actuales.
    Saludos cordiales.

  7. JavierL:

    Pues no lo sé, pero “No creo” que sea tenida en cuenta por los astrónomos… Creo que es un mapa “tal cual como lo vemos” en la actualidad con las posiciones de las galaxias “donde las vemos”.

    Con eso tenemos datos fiables con lo cual trabajar mientras que si manipulamos los datos no tenemos nada fiable.

    Deducir las posiciones actuales puede ser una segunda publicación científica que use los datos de esta como referencia

    Quizás neo pueda aclararnos la duda.

  8. NeoFronteras:

    No, no es un instantánea. Precisamente es un relato “histórico”, pues habla de cómo era el Universo hace 7000 millones de años, cómo era hace 6000 millones de años, etc. El mapa no es un instantánea de cómo es el Universo ahora a distintas distancia. Es cómo fue sucesivamente el Universo en el pasado.

  9. Tomás:

    Ahora creo que debemos interpretar a Neo. No la llamaremos instantánea. Es una foto en la que se nos sale como era el universo hace 7000 Ma en su parte más alejada, como era hace 6000 Ma algo más hacia la izquierda, como era 1000 años más tarde, etc, hasta llegar a como era en épocas más próximas. Es decir, que cuanto más hacia la parte estrecha miramos, estamos viendo más actual el universo y cuanto más nos aproximamos a la parte de la foto más amplia, estamos viendo el universo más antiguo.
    Espero haberlo interpretado correctamente.

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