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22 de Julio de 2020
Astrofísica

El gran mapa tridimensional del cosmos

El estudio eBOSS ha cumplido: el mayor y más preciso mapa de la distribuición de las galaxias por el cosmos muestra cómo ha evolucionado nuestro universo.

Imagen compuesta de luz visible y rayos X del cúmulo de galaxias 1E 0657-556 [rayos X: NASA/CXC/M. Markevitch et al.; óptico: NASA/STSCI, Magallanes/U. Arizona/D. Clowe et al.; mapa de las lentes: NASA/STSCI, ESO WFI, Magallanes/U. Arizona/D. Clowe et al.]. 

Un equipo de investigadores internacional ha confeccionado el mayor mapa hasta ahora del universo y con ello ha colmado un hueco de mapas anteriores: «Conocemos bastante bien tanto la historia del universo en sus primeros tiempos como la de su expansión más reciente, pero en los once millones de años intermedios se abría un hueco persistente», dice Kale Dawson, de la Universidad de Utah, directora del grupo, donde colaboran más de cien científicos de todo el mundo y que está integrado en un gran proyecto, el Sondeo Digital Sloan del Cielo (SDSS). Su estudio lleva el nombre de Sondeo Espectroscópico de la Oscilación de Bariones, o en breve eBOSS

Los datos muestran, por ejemplo, que el universo se expandió durante ese período más despacio que hoy. Esta expansión cósmica acelerada ya era conocida gracias a estudios anteriores, pero con los nuevos resultados se ha medido el valor de la aceleración mejor que nunca. La razón de que el universo se expanda cada vez más deprisa es uno de los mayores misterios de la astrofísica. En general, se atribuye la causa de esa aceleración a la energía oscura. Y gracias al mapa, los especialistas han determinado mejor la curvatura del universo. También en este caso refuerzan sus medidas determinaciones anteriores, según las cuales el universo es completamente plano: carece de curvatura global.

Una sección del mapa tridimensional del universo. En el centro estamos nosotros. La observación ampliada de la nube alrededor de ese centro descubre la telaraña de filamentos y vacíos de la estructura cósmica. Irse alejando del centro significa retroceder en el pasado: las galaxias correspondientes están más alejadas y las vemos, pues, como eran hace miles de millones de años. Los colores codifican el tipo de galaxia característico que ha medido eBOSS según la época que se trate. La circunferencia es el momento en que se emitió la radiación del fondo cósmico de microondas. La longitud a lo largo del radio no guarda la misma relación con el lapso temporal correspondiente en todas las partes del mapa: en la parte exterior un intervalo mucho menor ocupa un sector mucho mayor [Anand Raichoor (EPFL), Ashley Ross (Universidad del Estado de Ohio) y la Colaboración SDSS].

Las galaxias no están distribuidas homogéneamente en el universo. Se aglomeran en unas estructuras extensas, filiformes, los llamados filamentos, sobre todo donde se cortan con otros filamentos; entre ellos se encuentran volúmenes de espacio inmensos, casi por completo vacíos. El grupo del eBOSS ha explotado una propiedad estadística de esa distribución: la huella que las ondas de densidad de la materia de los primeros tiempos del universo, las denominadas oscilaciones acústicas bariónicas, imprimieron, magnificadas por la expansión cósmica, en la ordenación espacial de las galaxias.

El valor actual de la constante de Hubble que han obtenido, el ritmo a que se expande hoy el universo, está cerca del que se consigue basándose en el fondo cósmico de microondas y, por lo tanto, entra «en tensión» con el que se obtiene directamente basándose en mediciones de objetos relativamente cercanos (es decir, con un desplazamiento al rojo por la expansión del universo bajo); eBOSS, en vez de ese método de la escalera de distancias, que va determinando la distancia de objetos más lejanos basándose en mediciones de objetos más cercanos, usa una escalera de distancias «inversa» donde la distancia de objetos más cercanos se establece, gracias a las oscilaciones acústicas bariónicas, mediante distancias determinadas a desplazamientos al rojo altos.

Los datos para la medición del universo vienen del telescopio de 2,5 metros del Sondeo Digital Sloan del Cielo, en Nuevo México, que se dedica desde hace veinte años a la confección de mapas así. La investigación actual, que se ha presentado mediante una serie de artículos en arXiv, se basa en sus mediciones de unos dos millones de galaxias y lejanos cuásares ((en los que el agujero negro de masa muy elevada del centro de la galaxia correspondiente mantiene a su alrededor una gran emisión de energía) repartidas a lo largo de esos once mil millones de años cuyo conocimiento eBOSS ha mejorado.

Jan Dönges
Referencia:«The Completed SDSS-IV extended Baryon Oscillation Spectroscopic Survey», en arXiv:2007.08991-2007.09013.

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