Los astrónomos usan el "molde de limo" para mapear las estructuras más grandes del universo.
Mapeando las estructuras más grandes del universo.
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| Mapa de la web cósmica generada a partir del algoritmo de moho de limo. Los astrónomos han diseñado un algoritmo informático, inspirado en el comportamiento del moho limo, y lo han probado contra una simulación informática del crecimiento de filamentos de materia oscura en el Universo. Luego, los investigadores aplicaron el algoritmo del molde de limo a los datos que contienen las ubicaciones de más de 37 000 galaxias mapeadas por el Sloan Digital Sky Survey. El algoritmo produjo un mapa tridimensional de la estructura web cósmica subyacente. Luego analizaron la luz de 350 quásares lejanos catalogados en el Archivo de Legado Espectroscópico Hubble. Estas lejanas linternas cósmicas son los brillantes núcleos de galaxias activas alimentadas por agujeros negros, cuya luz brilla a través del espacio y a través de la red cósmica en primer plano. Crédito: NASA, ESA y J. Burchett y O. Elek (UC Santa Cruz). |
El comportamiento de una de las criaturas más humildes de la naturaleza y los datos de archivo del Telescopio Espacial Hubble de la NASA / ESA están ayudando a los astrónomos a explorar las estructuras más grandes del Universo.
El organismo unicelular conocido como moho limo (Physarum polycephalum) construye complejas redes filamentosas en forma de telaraña en busca de alimentos, siempre encontrando vías casi óptimas para conectar diferentes ubicaciones.
Al dar forma al Universo, la gravedad construye una vasta estructura de filamentos en forma de telaraña que une galaxias y cúmulos de galaxias a lo largo de puentes invisibles de gas y materia oscura de cientos de millones de años luz de largo. Existe una extraña semejanza entre las dos redes, una creada por la evolución biológica, la otra por la fuerza primordial de la gravedad.
La red cósmica es la columna vertebral a gran escala del cosmos, que consiste principalmente en materia oscura y está unida con gas, sobre la cual se construyen las galaxias. Aunque la materia oscura no se puede ver, constituye la mayor parte del material del Universo. Los astrónomos han tenido dificultades para encontrar estos hilos evasivos, porque el gas dentro de ellos es demasiado tenue para ser detectado.
La existencia de una estructura similar a una red para el Universo se insinuó por primera vez en las encuestas de galaxias en la década de 1980. Desde esos estudios, la gran escala de esta estructura filamentosa ha sido revelada por estudios posteriores del cielo. Los filamentos forman los límites entre grandes vacíos en el Universo. Ahora, un equipo de investigadores ha recurrido al moho limo para ayudarlos a construir un mapa de los filamentos en el Universo local (dentro de los 100 millones de años luz de la Tierra) y encontrar el gas dentro de ellos.
Diseñaron un algoritmo informático, inspirado en el comportamiento del moho limo, y lo probaron contra una simulación por computadora del crecimiento de filamentos de materia oscura en el Universo. Un algoritmo de computadora es esencialmente una receta que le dice a una computadora exactamente qué pasos tomar para resolver un problema.
Luego, los investigadores aplicaron el algoritmo del molde de limo a los datos que contienen las ubicaciones de más de 37 000 galaxias mapeadas por el Sloan Digital Sky Survey. El algoritmo produjo un mapa tridimensional de la estructura web cósmica subyacente.
Luego analizaron la luz de 350 quásares lejanos catalogados en el Archivo de Legado Espectroscópico Hubble. Estas lejanas linternas cósmicas son los brillantes núcleos de galaxias activas alimentadas por agujeros negros, cuya luz brilla a través del espacio y a través de la red cósmica en primer plano. Impreso en esa luz estaba la firma reveladora de gas de hidrógeno invisible que el equipo analizó en puntos específicos a lo largo de los filamentos. Estas ubicaciones objetivo están lejos de las galaxias, lo que permitió al equipo de investigación vincular el gas a la estructura a gran escala del Universo.
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| La web cósmica (impresión del artista). Al dar forma al Universo, la gravedad construye una vasta estructura de filamentos con forma de telaraña que une galaxias y cúmulos de galaxias a lo largo de puentes invisibles de cientos de millones de años luz. Esto se conoce como la red cósmica. Crédito: Volker Springel (Instituto Max Planck de Astrofísica) et al. |
"Es realmente fascinante que una de las formas de vida más simples realmente permita conocer las estructuras a mayor escala en el Universo", dijo el investigador principal Joseph Burchett, de la Universidad de California (UC), EE. UU. Para encontrar la ubicación de los filamentos de la red cósmica, incluidos los que están lejos de las galaxias, podríamos utilizar los datos de archivo del Telescopio Espacial Hubble para detectar y determinar la densidad del gas frío en las afueras de esos filamentos invisibles. Los científicos han detectado las firmas de este gas durante más de medio siglo, y ahora hemos demostrado la expectativa teórica de que este gas comprende la red cósmica ".
La encuesta valida aún más la investigación que indica que el gas intergaláctico está organizado en filamentos y también revela qué tan lejos se detecta el gas de las galaxias. Los miembros del equipo se sorprendieron al encontrar gas asociado con los filamentos de la red cósmica a más de 10 millones de años luz de distancia de las galaxias.
Pero esa no fue la única sorpresa. También descubrieron que la firma ultravioleta del gas se fortalece en las regiones más densas de los filamentos, pero luego desaparece. "Creemos que este descubrimiento nos está contando sobre las interacciones violentas que las galaxias tienen en densas bolsas del medio intergaláctico, donde el gas se calienta demasiado para detectarlo", dijo Burchett.
Los investigadores recurrieron a las simulaciones de moho limo cuando buscaban una forma de visualizar la conexión teorizada entre la estructura de la red cósmica y el gas frío, detectada en estudios espectroscópicos de Hubble anteriores.
Luego, el miembro del equipo Oskar Elek, un científico informático de la Universidad de California en Santa Cruz, descubrió en línea el trabajo de Sage Jenson, un artista de medios con sede en Berlín. Entre las obras de Jenson se encontraban fascinantes visualizaciones artísticas que mostraban el crecimiento de una red de estructuras en forma de tentáculo que se movía de una fuente de alimento a otra. El arte de Jenson se basó en el trabajo científico de 2010 realizado por Jeff Jones de la Universidad del Oeste de Inglaterra en Bristol, que detallaba un algoritmo para simular el crecimiento del moho limo.
El equipo de investigación se inspiró en cómo el molde de limo construye filamentos complejos para capturar nuevos alimentos, y cómo este mapeo podría aplicarse a cómo la gravedad da forma al Universo, a medida que la red cósmica construye los filamentos entre galaxias y cúmulos de galaxias. Basado en la simulación descrita en el artículo de Jones, Elek desarrolló un modelo de computadora tridimensional de la acumulación de moho limo para estimar la ubicación de la estructura filamentaria de la red cósmica.
Este análisis de la red cósmica en el Universo local también coincide con las observaciones publicadas el otoño pasado en la estructura filamentaria de la revista Science of the Universe mucho más lejos, a unos 12 mil millones de años luz de la Tierra, cerca del comienzo del Universo. En ese estudio, los astrónomos analizaron la luz energética de un joven cúmulo de galaxias que ilumina los filamentos de gas hidrógeno que lo conectan.
Zoom a través de la web cósmica (impresión del artista). Este video lleva al espectador en un viaje a través de la web cósmica. Al dar forma al Universo, la gravedad construye una vasta estructura de filamentos con forma de telaraña que une galaxias y cúmulos de galaxias a lo largo de puentes invisibles de cientos de millones de años luz. Esto se conoce como la red cósmica. Crédito: Volker Springel (Instituto Max Planck de Astrofísica) et al.
El artículo del equipo aparecerá en Astrophysical Journal Letters.
Más información.
El telescopio espacial Hubble es un proyecto de cooperación internacional entre la ESA y la NASA.
El equipo internacional de astrónomos en este estudio está formado por J. Burchett, O. Elek, N. Tejos, J. X. Prochaska, T. M. Tripp, R. Bordoloi y A. G. Forbes
Crédito de imagen: NASA, ESA y J. Burchett y O. Elek (UC Santa Cruz)
Enlaces.
Contactos.
Joseph N. Burchett
Universidad de California
Santa Cruz, Estados Unidos
Correo electrónico: burchett@ucolick.org
Oskar Elek
Universidad de California
Santa Cruz, Estados Unidos
Correo electrónico: oelek@ucsc.edu
Bethany Downer
ESA / Hubble, Oficial de Información Pública
Garching, Alemania
Correo electrónico: bethany.downer@partner.eso.org
• Publicado en Hubble el 10 de marzo del 2020, enlace publicación.
