Deducen la presencia de filamentos cósmicos a partir del efecto de lente gravitatoria débil sobre el Fondo Cósmico de Microondas.
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Usted, amigo lector, de la pantalla sobre la que lee esto, el que escribe, el planeta en donde vivimos o las estrellas que pueblan la noche debe su existencia a toda una secuencia de acontecimiento única e irrepetible que se inició en el Big Bang.
Esta mal llamada explosión inicial introdujo ciertas irregularidades en el plasma que dio origen a todo lo que vemos. Si el Universo hubiera sido perfectamente homogéneo entonces sólo sería una gigantesca nube de átomos de hidrógeno equidistantes. Si hay variedad y riqueza en el Cosmos se debe a que no es así, la inflación amplificó las fluctuaciones cuánticas primigenias y creo regiones en donde la materia estaba un poco más concentrada que en otro lugares. Esto facilitó que la gravedad actuara selectivamente y concentrara más materia en esos lugares. Estos grumos dieron lugar posteriormente a los cúmulos de galaxias.
Las inhomogeneidades que vemos en el fondo cósmico de microondas son un reflejo de esas inhomegenidades primordiales, pero son sólo una instantánea de lo que pasó justo 380.000 años tras el Big Bang, cuando el Universo se hizo transparente por primera vez en la época de la recombinación.
Sólo en años recientes se ha podido explorar la estructura a gran escala del Universo. No es fácil y sólo se ha conseguido hacerlo en pequeñas regiones del universo visible, las más cercanas a nosotros. Para ello hay que medir la posición de una galaxia en el cielo y calcular la distancia a nosotros por su corrimiento al rojo cosmológico. Esto nos permite ir colocando las galaxias en un mapa 3D y deducir esa estructura.
Ese mapa o mapas, como el que se puede deducir del catálogo Sloan, nos dicen cómo es el Universo ahora, porque sólo podemos medir así las galaxias más cercanas, en el universo local. Pero de ello se puede deducir que la estructura a gran escala del Universo es como una especie de espuma con grandes huecos en la que el agua jabonosa representa la materia o una telaraña en donde los filamentos están hechos de esa materia.
De momento no tenemos una mapa completo del universo visible, sólo «quesitos» de las partes más cercanas a nosotros que se han podido medir:
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Si tuviéramos muchos telescopios espaciales con espejos de gran diámetro se tendría suficiente capacidad de recolectar luz y de hacer espectros como para completar ese mapa 3D del universo visible. Eso nos daría, además, la evolución temporal de la estructura a gran escala del Cosmos, pues, debido a la velocidad finita de la luz, cuanto más lejos miremos más hacia atrás en el pasado nos remontamos. Un telescopio es como una máquina del tiempo que permite ver el pasado del Cosmos.
Algo así nos permitiría reconstruir esa historia evolutiva desde el momento de recombinación hasta el presente. Pero no tenemos esos recursos. Los filamentos y sus conexiones pueden cambiar de forma y de conexiones a lo largo de cientos de millones de años. La fuerzas opuestas de gravedad y de la expansión del Universo pueden acortar o alargas estos filamentos.
Para saber lo que pasó desde la época de la reionización hasta las estructuras que contemplamos ahora se pueden usar modelos computacionales basados en las teorías actuales, como el modelo Lambda-CDM o ΛCDM. Según este paradigma, la mayor parte de la materia es materia oscura (un 85%), que es la que principalmente forma los grumos por gravedad y que, debido a esta misma fuerza, atrae la materia ordinaria que forma las galaxias con su contenido de estrellas, gas, polvo, planetas y posibles seres vivos. En estos programas participan el mayor posible número de partículas que la potencia computacional disponible pueda asumir y sus resultados concuerdan con lo que se observa.
Ahora un equipo de investigadores ha conseguido evidenciar la presencia en el espacio profundo de esos filamentos hechos principalmente de materia oscura, aunque no se puedan ver directamente.
Para ello han usado una tecnología de reconocimiento de imágenes, el efecto de lente gravitatoria que provocan y ciertos modelos y premisas.
El estudio usa además información del Baryon Oscillation Spectroscopic Survey o BOSS, que costa de datos de 1,5 millones de galaxias. Estos datos permiten reconstruir los filamentos que materia oscura que conectan los cúmulos de galaxias de la zona estudiada.
El efecto de lente gravitatoria lo hemos visto en estas páginas multitud de veces y es una consecuencia de la Relatividad General (RG). Las masas, al curvar el espacio, hacen que las trayectorias de la luz no sigan líneas rectas, sino geodésicas, lo que da la impresión de que hubiera una lente (esa masa) entre nosotros y el foco de luz que haya detrás.
Estos focos de luz son normalmente cúmulos de galaxias lejanos, pero no tenemos siempre algo, bien situado, para facilitarnos la tarea, por ello estos investigadores han tenido que recurrir a un foco de «luz» distinto, uno que está en todas partes: el fondo cósmico de microondas o FCM.
Los filamentos distorsionan la imagen del FCM que ahora tenemos muy precisas gracias a varios misiones espaciales como la de Planck. Los programas de reconocimiento de formas pueden entonces buscar y encontrar estas distorsiones y así poder deducir cómo son y dónde están esos filamentos.
El programa, en concreto, mira las regiones del FCM de mayor y menor densidad y tratar de ver si eso se debe al efecto de lente gravitacional débil provocado por los filamentos cósmicos que están presentes entre medias.
Además pudieron usar las simulaciones generadas por el NERSC para poner a prueba sus resultados y evitar errores.
Los filamentos son una parte integral de esta telaraña cósmica [1], pero no está claro la relación entre la materia oscura y los filamentos. Esta fue la motivación de este estudio, según Simone Ferraro (UC Berkeley), uno de sus autores.
Nuevos datos de campañas como Berkeley Lab-led Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI), ahora en construcción en Arizona, proporcionarán mejores detalles de estos filamentos.
Los científicos esperan que el estudio de estas estructuras permita determinar lo largo que son estos filamentos, qué gas hay en ellos, qué temperatura tiene ese gas y cuáles son los mecanismos por lo que las partículas entran y se mueven por ellos.
El estudio de estos filamentos en detalle quizás permita también arrojar luz sobre otro concepto igual de confuso, el de la energía oscura que está acelerando la expansión del Universo. La longitud de estos filamentos podrían decirnos algo acerca de los parámetros de la energía oscura.
Por último, según Siyu He, su estudio puede dar pistas sobre las propiedades y contenido de los huecos que hay entre los filamentos que pongan a prueba modificaciones de la RG.
Copyleft: atribuir con enlace a http://neofronteras.com [2]
Fuentes y referencias:
Artículo original. [3]
Copia en ArXiv. [4]
Simulación de Illustris. [5]
Vídeo explciativo sobre simulaciones de Illustris. [6]
Ilustración de cabecera: Siyu He, Shadab Alam, Wei Chen, Planck/ESA
Animación: Yen-Chi Chen y Shirley Ho.