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Gráfico de la sección del cosmos que abarca el mapa tridimensional del universo (en verde). Fuente: A. Slosar y SDSS-III.
Una veintena de científicos de distintas universidades, entre ellos, dos investigadores del Brookhaven National Laboratory, de Estados Unidos, han conseguido crear el mayor mapa tridimensional del universo lejano, que proporciona información sobre un periodo de tiempo del cosmos hasta ahora poco conocido.
Los investigadores elaboraron este mapa a partir de imágenes captadas por el Espectroscopio Detector de Oscilación de Bariones (BOSS) de la Sloan Digital Sky Survey (SDSS-III), que está instalado en el Observatorio Apache Point de Nuevo México.
Novedosa metodología
La metodología aplicada para esta investigación ha sido distinta a la que hasta ahora se había utilizado: en lugar de analizar las galaxias como tradicionalmente se hace en el estudio del cosmos, los astrónomos se centraron en objetos aún más luminosos que las galaxias: los cuásares.
Los cuásares son lo suficientemente brillantes como para ser vistos a millones de años luz de la Tierra. A pesar de que a esa distancia parecen tenues y diminutos puntos de luz, estos objetos se pueden observar a mayor distancia que las galaxias, por lo que proporcionan información del universo lejano, y de un tiempo del cosmos al que no se puede acceder observando las galaxias (en astronomía, a mayor distancia observada, los datos obtenidos se corresponden con un universo más antiguo).
Los astrónomos observaron un total de 14 mil cuásares y registraron las distintas líneas de absorción de luz de dichos cuásares, por parte de nubes de gas de hidrógeno cercanas. Esto se hizo porque los diversos niveles de absorción de luz de los cuásares, por parte de las nubes de hidrógeno, dan una idea de la densidad de gas de hidrógeno en cada parte del espacio.
Dicha densidad de gas, a su vez, proporciona información sobre la densidad de materia que hay en cada región: allí donde hay más materia es donde hay más hidrógeno.
Los resultados de estas mediciones han proporcionado una perspectiva sin precedentes del aspecto del universo hace 11 mil millones de años, informa el Brookhaven National Laboratory, en un comunicado.
Los investigadores elaboraron este mapa a partir de imágenes captadas por el Espectroscopio Detector de Oscilación de Bariones (BOSS) de la Sloan Digital Sky Survey (SDSS-III), que está instalado en el Observatorio Apache Point de Nuevo México.
Novedosa metodología
La metodología aplicada para esta investigación ha sido distinta a la que hasta ahora se había utilizado: en lugar de analizar las galaxias como tradicionalmente se hace en el estudio del cosmos, los astrónomos se centraron en objetos aún más luminosos que las galaxias: los cuásares.
Los cuásares son lo suficientemente brillantes como para ser vistos a millones de años luz de la Tierra. A pesar de que a esa distancia parecen tenues y diminutos puntos de luz, estos objetos se pueden observar a mayor distancia que las galaxias, por lo que proporcionan información del universo lejano, y de un tiempo del cosmos al que no se puede acceder observando las galaxias (en astronomía, a mayor distancia observada, los datos obtenidos se corresponden con un universo más antiguo).
Los astrónomos observaron un total de 14 mil cuásares y registraron las distintas líneas de absorción de luz de dichos cuásares, por parte de nubes de gas de hidrógeno cercanas. Esto se hizo porque los diversos niveles de absorción de luz de los cuásares, por parte de las nubes de hidrógeno, dan una idea de la densidad de gas de hidrógeno en cada parte del espacio.
Dicha densidad de gas, a su vez, proporciona información sobre la densidad de materia que hay en cada región: allí donde hay más materia es donde hay más hidrógeno.
Los resultados de estas mediciones han proporcionado una perspectiva sin precedentes del aspecto del universo hace 11 mil millones de años, informa el Brookhaven National Laboratory, en un comunicado.
Representación artística del cuásar GB1508. Fuente: Wikimedia Commons.
Las observaciones del llamado fondo cosmico de microondas habían permitido conocer las condiciones del universo en su inicio (poco después del Big-Bang) y los mapas de galaxias habían permitido estudiar el universo más reciente (los últimos cinco o seis miles de millones de años), pero el periodo de tiempo intermedio no había podido analizarse hasta ahora, ha explicado para Tendencias21 el científico español Andreu Font-Ribera, del Instituto de las Ciencias del Espacio (ICE) de Barcelona, que ha participado en el proyecto.
Análisis de cuásares y nubes de hidrógeno
El pasado uno de mayo, el mapa 3D fue presentado en el encuentro de la American Physical Society por Anže Slosar, un físico del Brookhaven National Laboratory, que pertenece al departamento de energía estadounidense. El portal arXiv también ha publicado un artículo a este respecto, que ha sido enviado al Journal of Cosmology and Astroparticle Physics (JCAP) y que aún se encuentra en periodo de revisión.
Como se ha dicho, la técnica utilizada por Slosar y sus colaboradores supone un cambio para los métodos de la astronomía estándar. Slosar explica que, a medida que la luz de un cuásar se desplaza por el universo, pasa a través de nubes de gas de hidrógeno intergaláctico, que absorben luz en longitudes de onda específicas, que dependen de la distancia entre el cuásar y las nubes. Esta absorción desigual de la luz imprime un patrón irregular en la luz del cuásar, conocido como “Bosque Lyman-alfa”.
La observación de un solo cuásar proporcionaría sólo un mapa del hidrógeno en la dirección del cuásar. La clave para hacer el mapa completo, tridimensional, radica en haber observado decenas de miles de cuásares, y de patrones de absorción de su luz por parte de nubes de hidrógeno, lo que ha dado información acerca de la densidad de la materia en cada punto del cosmos.
La imagen resultante muestra el momento del universo en el que las primeras galaxias empezaron a reunirse por efecto de la fuerza de la gravedad, para formar las primeras grandes agrupaciones galácticas.
Modelos computacionales
A medida que las galaxias se fueron moviendo, el hidrógeno intergaláctico se movió con ellas. Andreu Font-Ribera ha trabajado durante dos años con colaboradores del ICE, de la Universidad de Barcelona y de la Universidad de Berkeley, en el desarrollo de modelos computacionales que se han utilizado para prever cómo fue el movimiento de ese gas, a medida que las agrupaciones galácticas se formaron.
Los resultados de sus modelos se ajustaron bien con las mediciones. “Eso significa que realmente comprendemos lo que estamos midiendo. Con esta información podemos comparar el universo de entonces con el de ahora, y entender cómo han ido cambiando las cosas”, afirmó el investigador en el comunicado del Brookhaven National Laboratory.
En las declaraciones realizadas para Tendencias21, el científico ha explicado que, en general, los modelos desarrollados confirmaron que el modelo estándar (sobre el origen y la formación del universo, sobre el porcentaje de energía oscura y materia oscura del universo, y sobre su expansión acelerada) valdría también para el momento del cosmos analizado, y del que hasta ahora se sabía poco.
Científicos de la Universidad de París también han participado en este proyecto. Dirigidos por el astrónomo Eric Aubourg, los investigadores franceses inspeccionaron visualmente cada uno de los 14.000 quásares observados, de manera individual. “El análisis final fue realizado por ordenadores, pero cuando se detecta algún problema o hay alguna sorpresa, todavía hay cosas que el ser humano puede hacer y que no puede hacer una computadora”, afirma Aubourg.
Un mapa diez veces mayor
En 2014, una vez que las observaciones del BOSS hayan sido completadas, los astrónomos podrán hacer un mapa diez veces mayor del que acaba de ser presentado.
El objetivo último de este proyecto es utilizar características sutiles, como las reflejadas en el mapa de Slosar y sus colaboradores, para estudiar cómo ha evolucionado la expansión del universo a lo largo de su historia.
Los científicos esperan ser capaces, una vez que BOSS haya culminado, de medir a qué velocidad se estuvo expandiendo el universo hace 11 mil millones de años, con gran exactitud. También esperan que BOSS llegue a localizar hasta 140 mil cuásares. Con esa ingente cantidad de información, creen que podrán descubrir cosas en el universo completamente inesperadas.
Análisis de cuásares y nubes de hidrógeno
El pasado uno de mayo, el mapa 3D fue presentado en el encuentro de la American Physical Society por Anže Slosar, un físico del Brookhaven National Laboratory, que pertenece al departamento de energía estadounidense. El portal arXiv también ha publicado un artículo a este respecto, que ha sido enviado al Journal of Cosmology and Astroparticle Physics (JCAP) y que aún se encuentra en periodo de revisión.
Como se ha dicho, la técnica utilizada por Slosar y sus colaboradores supone un cambio para los métodos de la astronomía estándar. Slosar explica que, a medida que la luz de un cuásar se desplaza por el universo, pasa a través de nubes de gas de hidrógeno intergaláctico, que absorben luz en longitudes de onda específicas, que dependen de la distancia entre el cuásar y las nubes. Esta absorción desigual de la luz imprime un patrón irregular en la luz del cuásar, conocido como “Bosque Lyman-alfa”.
La observación de un solo cuásar proporcionaría sólo un mapa del hidrógeno en la dirección del cuásar. La clave para hacer el mapa completo, tridimensional, radica en haber observado decenas de miles de cuásares, y de patrones de absorción de su luz por parte de nubes de hidrógeno, lo que ha dado información acerca de la densidad de la materia en cada punto del cosmos.
La imagen resultante muestra el momento del universo en el que las primeras galaxias empezaron a reunirse por efecto de la fuerza de la gravedad, para formar las primeras grandes agrupaciones galácticas.
Modelos computacionales
A medida que las galaxias se fueron moviendo, el hidrógeno intergaláctico se movió con ellas. Andreu Font-Ribera ha trabajado durante dos años con colaboradores del ICE, de la Universidad de Barcelona y de la Universidad de Berkeley, en el desarrollo de modelos computacionales que se han utilizado para prever cómo fue el movimiento de ese gas, a medida que las agrupaciones galácticas se formaron.
Los resultados de sus modelos se ajustaron bien con las mediciones. “Eso significa que realmente comprendemos lo que estamos midiendo. Con esta información podemos comparar el universo de entonces con el de ahora, y entender cómo han ido cambiando las cosas”, afirmó el investigador en el comunicado del Brookhaven National Laboratory.
En las declaraciones realizadas para Tendencias21, el científico ha explicado que, en general, los modelos desarrollados confirmaron que el modelo estándar (sobre el origen y la formación del universo, sobre el porcentaje de energía oscura y materia oscura del universo, y sobre su expansión acelerada) valdría también para el momento del cosmos analizado, y del que hasta ahora se sabía poco.
Científicos de la Universidad de París también han participado en este proyecto. Dirigidos por el astrónomo Eric Aubourg, los investigadores franceses inspeccionaron visualmente cada uno de los 14.000 quásares observados, de manera individual. “El análisis final fue realizado por ordenadores, pero cuando se detecta algún problema o hay alguna sorpresa, todavía hay cosas que el ser humano puede hacer y que no puede hacer una computadora”, afirma Aubourg.
Un mapa diez veces mayor
En 2014, una vez que las observaciones del BOSS hayan sido completadas, los astrónomos podrán hacer un mapa diez veces mayor del que acaba de ser presentado.
El objetivo último de este proyecto es utilizar características sutiles, como las reflejadas en el mapa de Slosar y sus colaboradores, para estudiar cómo ha evolucionado la expansión del universo a lo largo de su historia.
Los científicos esperan ser capaces, una vez que BOSS haya culminado, de medir a qué velocidad se estuvo expandiendo el universo hace 11 mil millones de años, con gran exactitud. También esperan que BOSS llegue a localizar hasta 140 mil cuásares. Con esa ingente cantidad de información, creen que podrán descubrir cosas en el universo completamente inesperadas.
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