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Deducen los parámetros cosmológicos a partir de universos simulados.

Deducir los números con implicaciones cosmológicas nunca ha sido una tarea fácil para los astrofísicos. Pero si se conocen con precisión se puede reproducir la estructura del Universo.

Aunque también se puede hacer al contrario y deducir esos números a partir de datos de la estructura del Universo. A partir de un catálogo simulado de galaxias preparado por un equipo japonés de investigadores, dos equipos estadounidenses adivinaron correctamente los parámetros cosmológicos utilizados para generar el catálogo propuesto con una precisión del 1%.

El resultado apoya que la idea de que los métodos empleados podrán determinar los parámetros correctos del universo real cuando se apliquen a datos de observación.

Las ecuaciones básicas que gobiernan la evolución del universo pueden derivarse de cálculos teóricos, pero algunos de los números en esas ecuaciones, los parámetros cosmológicos, solo pueden deducirse a través de observaciones.

Los parámetros cosmológicos vinculados a las partes no observables del universo, como la cantidad de materia oscura o la expansión del universo impulsada por la energía oscura, deben inferirse al observar sus efectos en la distribución de las galaxias visibles. Pero siempre hay incertidumbre cuando se trabaja con la parte «oscura» del universo y es difícil estar seguro de que los modelos y el análisis de datos sean precisos.

Para probar el análisis de datos, un equipo japonés dirigido por Takahiro Nishimichi en la Universidad de Kyoto y Kavli IPMU en la Universidad de Tokio utilizó la supercomputadora ATERUI II del Observatorio Astronómico Nacional de Japón para crear 10 universos simulados con un volumen total 100 veces mayor que los estudios de galaxias más extensos realizados hasta ahora.

El gran volumen y la alta resolución, que solo se pueden lograr con la supercomputadora más poderosa del mundo dedicada a la astronomía, eran necesarios para separar los errores sistemáticos en los modelos de análisis de los errores aleatorios en los datos.

Los parámetros cosmológicos utilizados para desarrollar estos universos simulados se eligieron al azar de la gama de valores razonablemente esperados. El equipo japonés preparó un catálogo con las posiciones de las galaxias similar a los catálogos producidos por los datos reales procedentes de telescopios. Luego, desafió a otros astrónomos para que adivinaran los números cosmológicos utilizados para generar el catálogo.

Dos equipos estadounidenses aceptaron el desafío. Trabajando de forma independiente y utilizando diferentes métodos, ambos equipos analizaron los datos japoneses con las herramientas típicas utilizadas para estudios astronómicos reales. Cada equipo tuvo solo una oportunidad de adivinar los números, sin embargo, ambos equipos produjeron respuestas dentro del 1% de error de los valores reales. Esto muestra que estos métodos deberían dar resultados correctos cuando se aplican a datos de observación reales.

Entonces, ¿cuáles fueron los números correctos? Siguen siendo secretos para que más equipos puedan jugar a adivinar los números. De esta manera, los datos del desafío continuarán respaldando el desarrollo y pruebas técnicas de los análisis cósmológicos.

Estos resultados aparecieron como «Desafío ciego para la cosmología de precisión con estructura a gran escala: resultados de la teoría de campo efectiva para el espectro de potencia de la galaxia del espacio de desplazamiento al rojo» en Physical Review D el 28 de diciembre de 2020.

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Fuentes y referencias:
Artículo original.
Imagen: Takahiro Nishimichi.