Un equipo internacional de científicos, pertenecientes al gran estudio cosmológico SDSS/eBOSS, ha elaborado el primer mapa “tomográfico” (por secciones) del universo distante a gran escala, que hasta ahora solo existía en una dimensión, a lo largo de la línea de visión de telescopio de Tierra.
Para conseguirlo, utilizaron los últimos datos del así llamado Bosque Lyman-alpha, que indirectamente traza la densidad de la materia en la dirección de los objetos brillantes, los cuásares.
El mapa así obtenido cubre un cubo de más de 3.000 millones de años luz, además de ofrecer las observaciones de casi 10,000 cuásares.
El mapa constituye una nueva herramienta para estudiar la historia del Universo y sus estructuras. Los resultados se publican en la revista JCAP.
Mapa de la materia
El Universo está lleno de materia «ordinaria», como la que constituye las estrellas, pero también y sobre todo de materia «oscura», cuya naturaleza constituye uno de los mayores enigmas de la física.
Incluso a escalas muy grandes, mucho más grandes que la distancia típica entre galaxias, la distribución de toda esta materia no es homogénea y las propiedades estadísticas de las fluctuaciones contienen mucha información sobre nuestro Universo.
Siguiendo esta distribución, podemos leer la huella de la inflación, un período particular del Universo primordial; el efecto de las oscilaciones que tuvieron lugar en el plasma primordial antes de que los electrones e iones se recombinen para formar átomos; el impacto de la masa de neutrinos; o la firma de propiedades microscópicas de la materia oscura, como su masa o sus interacciones.
Cartografía a gran escala
Para cartografiar el Universo a gran escala en los primeros tiempos posibles (hace más de 10 mil millones de años), el enfoque más efectivo se basa en una observación específica, llamada Bosque Lyman-alfa.
El bosque de Lyman-alfa, en espectroscopia astronómica, es el conjunto de líneas de absorción que aparecen entre la transición Lyman-alfa del hidrógeno neutro y la localización desplazada al rojo de esta transición en el espectro de un cuásar o una galaxia lejana.
El bosque de Lyman-alpha permite estudiar la distribución de hidrógeno a gran escala en el Universo en tiempos particularmente antiguos: entre aproximadamente 10 y 12 mil millones de años (que corresponde a los cambios hacia el rojo entre 2.1 y 4.), mientras que la edad actual del Universo es de 13.8 mil millones de años.
En total, se utilizaron mediciones del Bosque de Lyman-alpha a partir de observaciones de casi 10.000 quásares. Otro equipo ya había obtenido una tomografía similar que explotaba Lyman-alpha, pero cubría un volumen aproximadamente 100 veces más pequeño.
Aplicaciones por venir
El nuevo mapa se puede utilizar para varias aplicaciones en cosmología. Ofrece un primer catálogo de grandes vacíos cósmicos detectados más allá de los 10 mil millones de años luz.
Los vacíos cósmicos son regiones del espacio intergaláctico, ubicadas entre los filamentos que constituyen la «red cósmica», donde la densidad de la materia es particularmente baja.
Además, ofrece mediciones cosmológicas del contenido en la materia del Universo y el crecimiento de grandes estructuras son accesibles mediante mapas 3D de la materia: permite determinar las propiedades de los huecos o calcular correlaciones con otros objetos astrofísicos.
Los desarrollos en torno a esta nueva herramienta, y su explotación científica, acaban de comenzar, destacan los investigadores.
Referencia
A tomographic map of the large-scale matter distribution using the eBOSS – Stripe 82 Lyα forest. C. Ravoux et al. Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, Volume 2020, July 2020. DOI: https://doi.org/10.1088/1475-7516/2020/07/010