Los telescopios de Magallanes en el Observatorio Las Campanas de Carnegie en Chile, que fueron cruciales para la capacidad de realizar esta encuesta. Crédito:Yuri Beletsky, la Carnegie Institution for Science.
El universo está lleno de miles de millones de galaxias, pero su distribución en el espacio está lejos de ser uniforme. ¿Por qué vemos tanta estructura en el universo hoy y cómo se formó y creció todo?
Un estudio de 10 años de decenas de miles de galaxias realizado con el Telescopio Magellan Baade en el Observatorio Las Campanas de Carnegie en Chile proporcionó un nuevo enfoque para responder a este misterio fundamental. Los resultados, dirigido por Daniel Kelson de Carnegie, se publican en Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society .
"¿Cómo describe lo indescriptible?" pregunta Kelson. "Adoptando un enfoque completamente nuevo del problema".
"Nuestra táctica proporciona información nueva e intuitiva sobre cómo la gravedad impulsó el crecimiento de la estructura desde los primeros tiempos del universo, ", dijo el coautor Andrew Benson." Este es un prueba basada en la observación de uno de los pilares de la cosmología ".
La encuesta Carnegie-Spitzer-IMACS Redshift fue diseñada para estudiar la relación entre el crecimiento de las galaxias y el medio ambiente circundante durante los últimos 9 mil millones de años. cuando se definieron las apariencias de las galaxias modernas.
Las primeras galaxias se formaron unos cientos de millones de años después del Big Bang, que inició el universo como un calor, sopa turbia de partículas extremadamente energéticas. A medida que este material se expandió hacia afuera desde la explosión inicial, se enfrió y las partículas se fusionaron en gas hidrógeno neutro. Algunas manchas eran más densas que otras y, finalmente, su gravedad superó la trayectoria hacia afuera 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 tanto grandes como pequeñas en algunos lugares y no en otros han sido un tema de fascinación desde hace mucho tiempo. Pero hasta ahora Las habilidades de los astrónomos para modelar cómo creció la estructura en el universo durante los últimos 13 mil millones de años enfrentaron limitaciones matemáticas.
"Las interacciones gravitacionales que ocurren entre todas las partículas del universo son demasiado complejas para explicarlas con simples matemáticas, "Dijo Benson.
Entonces, Los astrónomos utilizaron aproximaciones matemáticas, que comprometían la precisión de sus modelos, o grandes simulaciones por computadora que modelan numéricamente todas las interacciones entre galaxias. pero no todas las interacciones que ocurren entre todas las partículas, que se consideró demasiado complicado.
La primera estructura del universo se originó cuando parte del material arrojado hacia afuera por el Big Bang superó su trayectoria y colapsó sobre sí mismo. formando grumos. Un equipo de investigadores de Carnegie demostró que los grupos de materia más densos crecían más rápido, y los grupos menos densos crecieron más lentamente. Los datos del grupo revelaron la distribución de la densidad en el universo durante los últimos 9 mil millones de años. (En la ilustración, violeta representa regiones de baja densidad y rojo representa regiones de alta densidad.) Trabajando hacia atrás en el tiempo, Sus hallazgos revelan las fluctuaciones de densidad (extremo derecho, en púrpura y azul) que creó la estructura más antigua del universo. Esto se alinea con lo que sabemos sobre el universo antiguo desde el resplandor del Big Bang, llamado Fondo Cósmico de Microondas (extremo derecho en amarillo y verde). Los investigadores lograron sus resultados al estudiar las distancias y masas de casi 100, 000 galaxias, retrocediendo a una época en la que el universo tenía solo 4.500 millones de años. Alrededor de 35, 000 de las galaxias estudiadas por Carnegie-Spitzer-IMACS Redshift Survey están representadas aquí como pequeñas esferas. Crédito:Daniel Kelson. Los datos de CMB se basan en observaciones obtenidas con Planck, una misión científica de la ESA con instrumentos y contribuciones financiados directamente por los Estados miembros de la ESA, NASA, y canadá.
"Un objetivo clave de nuestro estudio fue contar la masa presente en las estrellas que se encuentran 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, que también incluía a Louis Abramson de Carnegie, Shannon Patel, Stephen Shectman, Alan Dressler, Patrick McCarthy, y John S. Mulchaey, así como Rik Williams, ahora de Uber Technologies, demostró por primera vez que el crecimiento de las protoestructuras individuales se puede calcular y luego promediar en todo el espacio.
Hacer esto reveló que los grupos más densos crecían 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 en la densidad, que eventualmente se convertirían en las estructuras a gran escala que determinaron la distribución de las galaxias que vemos hoy.
En esencia, su trabajo proporcionó un simple, pero exacto, descripción de por qué y cómo las fluctuaciones de densidad crecen de la forma en que lo hacen en el universo real, así como en el trabajo computacional que sustenta nuestra comprensión de la infancia del universo.
"Y es tan simple, con una verdadera elegancia, "añadió Kelson.
Los hallazgos no hubieran sido posibles sin la asignación de un número extraordinario de noches de observación en Las Campanas.
"Muchas instituciones no hubieran tenido la capacidad de asumir por sí mismas un proyecto de este alcance, ", dijo el director de los Observatorios, John Mulchaey." Pero gracias a nuestros Telescopios Magallanes, pudimos ejecutar esta encuesta y crear este enfoque novedoso para responder una pregunta clásica ".
"Si bien no hay duda de que este proyecto requirió los recursos de una institución como Carnegie, nuestro trabajo tampoco podría haber sucedido sin la enorme cantidad de imágenes infrarrojas adicionales que pudimos obtener en Kit Peak y Cerro Tololo, que son parte del Laboratorio Nacional de Investigación de Astronomía Óptica-Infrarroja de la NSF, "Agregó Kelson.
