Primeras mediciones de ondas en la red cósmica

Un equipo de astrónomos ha realizado las primeras mediciones de ondas en pequeña escala en gas de hidrógeno primitivo usando raros quásares dobles.

Las esquinas remotas del universo son lugares solitarios. En estas vastas extensiones entre las galaxias, sólo los átomos -una niebla difusa de gas hidrógeno que sobresale del Big Bang- ocupan cubos solitarios de un metro de un lado. En las más grandes escalas, este material difuso está dispuesto en una vasta red de estructuras filamentosas conocidas como la “red cósmica”, filamentos enmarañados que abarcan miles de millones de años luz y que representan la mayoría de los átomos del universo.

Ahora, un equipo de astrónomos, incluyendo el físico de la Universidad de California en Santa Bárbara Joseph Hennawi, ha realizado las primeras mediciones de ondas pequeñas en este gas primario de hidrógeno utilizando raros quasares dobles. Aunque las regiones de la red cósmica que estudiaron se encuentran a casi 11 mil millones de años luz de distancia, fueron capaces de medir las variaciones en su estructura en escalas 100.000 veces más pequeñas, comparable al tamaño de una sola galaxia. Los resultados aparecen en la revista Science.

“Una de las razones por las que estas fluctuaciones a pequeña escala son tan interesantes es que codifican información sobre la temperatura del gas en la red cósmica unos pocos miles de millones de años después del Big Bang”, explicó en un comunicado Hennawi, profesor asociado del Departamento de Física de UCSB.

El gas intergaláctico es tan tenue que no emite ninguna luz propia. En cambio, los astrónomos lo estudian indirectamente observando cómo absorbe selectivamente la luz procedente de fuentes lejanas conocidas como quásares. Los quásares constituyen una breve fase hiperluminosa del ciclo de vida galáctico impulsado por la materia que cae en el agujero negro supermasivo central de una galaxia.

Los quasares actúan como faros cósmicos – faros brillantes y distantes que permiten a los astrónomos estudiar los átomos intergalácticos que residen entre la ubicación del cuásar y la Tierra. Pero debido a que estos episodios hiperluminosos duran sólo una pequeña fracción de la vida de una galaxia, los cuásares son correspondientemente raros y suelen estar separados por cientos de millones de años luz unos de otros.

Con el fin de sondear la red cósmica en escalas de menor tamaño, los astrónomos explotaron una coincidencia cósmica fortuita: identificaron pares de quásares extremadamente raros y midieron diferencias sutiles en la absorción de átomos intergalácticos a lo largo de las dos líneas de visión.

“Los pares de quásares son como agujas en un pajar”, explicó Hennawi, quien fue pionero en la aplicación de algoritmos de “aprendizaje de máquina” – una faceta de inteligencia artificial – para localizar eficientemente pares de quásares en las enormes cantidades de datos producidos por las encuestas de imagen digital del cielo nocturno. “Para encontrarlos, peinamos a través de imágenes de miles de millones de objetos celestiales millones de veces más débiles de lo que el ojo puede ver”.

Una vez identificados, los pares de quásares se observaron con los telescopios más grandes del mundo, incluyendo los telescopios Keck de 10 metros en el W.M. Observatorio de Keck en Mauna Kea, Hawai.

“Uno de los mayores retos fue el desarrollo de las herramientas matemáticas y estadísticas para cuantificar las pequeñas diferencias que medimos en este nuevo tipo de datos”, dijo el autor principal Alberto Rorai, ex-doctorado de Hennawi, ahora un investigador postdoctoral en la Universidad de Cambridge. Rorai desarrolló estas herramientas como parte de la investigación para su doctorado y las aplicó a espectros de quásares con Hennawi y otros colegas.

Los astrónomos compararon sus mediciones con modelos de supercomputadoras que simulan la formación de estructuras cósmicas desde el Big Bang hasta el presente. En un solo ordenador portátil, estos complejos cálculos requerirían casi 1.000 años para completarse, pero los superordenadores modernos permitieron a los investigadores llevarlos a cabo en pocas semanas.

“La entrada a nuestras simulaciones son las leyes de la física y la salida es un universo artificial, que se puede comparar directamente con los datos astronómicos”, dijo el coautor José Oñorbe, investigador postdoctoral del Instituto Max Planck de Astronomía.

Los astrónomos creen que la materia en el universo pasó por transiciones de fase hace miles de millones de años, lo que cambió dramáticamente su temperatura. Estas transiciones de fase, conocidas como re-ionización cósmica, ocurrieron cuando el resplandor ultravioleta colectivo de todas las estrellas y quásares en el universo se hizo lo suficientemente intenso como para quitar los electrones de los átomos en el espacio intergaláctico. Cómo y cuándo ocurrió la reionización es una de las mayores preguntas abiertas en el campo de la cosmología, y estas nuevas mediciones proporcionan pistas importantes que ayudarán a narrar este capítulo de la historia del universo.

Fuente: Europa Press

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