Cómo la gravedad impulsó la estructura del universo

Un análisis de 10 años de decenas de miles de galaxias realizadas con el Telescopio Magallanes Baade en el Observatorio Las Campanas de Carnegie en Chile ha proporcionado un nuevo enfoque para responder al misterio fundamental de cómo se formó la estructura del universo.

"Nuestra táctica proporciona nuevas e intuitivas ideas sobre cómo la gravedad impulsó el crecimiento de la estructura desde los primeros tiempos del universo", dijo el coautor Andrew Benson, de Carnegie Institution for Science. "Esta es una prueba directa basada en la observación de uno de los pilares de la cosmología".

La Encuesta Redshift Carnegie-Spitzer-IMACS fue diseñada para estudiar la relación entre el crecimiento de galaxias y el medio ambiente circundante durante los últimos 9.000 millones de años, cuando se definieron las apariencias de las galaxias modernas. Los resultados se publican en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Las primeras galaxias se formaron unos pocos cientos de millones de años después del Big Bang, que comenzó el universo como una sopa caliente y turbia de partículas extremadamente energéticas. A medida que este material se expandió hacia afuera desde la explosión inicial, se enfrió y las partículas se unieron en gas de hidrógeno neutro. Algunos parches eran más densos que otros y, finalmente, su gravedad superó la trayectoria externa del universo y el material colapsó hacia adentro, formando los primeros grupos de estructura en el cosmos.

Las diferencias de densidad que permitieron que se formaran estructuras grandes y pequeñas en algunos lugares y no en otros han sido un tema de fascinación de larga data. Pero hasta ahora, las habilidades de los astrónomos para modelar cómo creció la estructura en el universo en los últimos 13.000 millones de años enfrentaron limitaciones matemáticas.

"Las interacciones gravitacionales que ocurren entre todas las partículas en el universo son demasiado complejas para explicarlas con matemáticas simples", dijo Benson.

Entonces, los astrónomos usaron aproximaciones matemáticas, lo que comprometió la precisión de sus modelos, o simulaciones de computadora grandes que modelan numéricamente todas las interacciones entre galaxias, pero no todas las interacciones que ocurren entre todas las partículas, lo que se consideró demasiado complicado.

"Un objetivo clave de nuestra encuesta fue contar la masa presente en las estrellas encontradas en una enorme selección de galaxias distantes y luego usar esta información para formular un nuevo enfoque para comprender cómo se formó la estructura en el universo", explicó Kelson.

El equipo de investigación demostró por primera vez que el crecimiento individual de las protoestructuras puede calcularse y luego promediarse en todo el espacio. Hacer esto reveló que los grupos más densos crecieron más rápido, y los grupos menos densos crecieron más lentamente.

Luego pudieron trabajar hacia atrás y determinar las distribuciones originales y las tasas de crecimiento de las fluctuaciones de densidad, que eventualmente se convertirían en las estructuras a gran escala que determinaron las distribuciones de galaxias que vemos hoy.

En esencia, su trabajo proporcionó una descripción simple pero precisa de por qué y cómo las fluctuaciones de densidad crecen de la manera en que lo hacen en el universo real, así como en el trabajo basado en computación que sustenta nuestra comprensión de la infancia del universo.

"Y es tan simple, con verdadera elegancia", agregó Kelson.

(Con información de Europa Press)