Utilizando observaciones de 3.000 cuásares descubiertos por el Sloan Digital Sky Survey (SDSS), los científicos han realizado la medición más precisa hasta la fecha del agrupamiento cósmico del gas de hidrógeno difuso. Estos cuásares, 100 veces más de lo que se han utilizado en tales análisis en el pasado, se encuentran a distancias de ocho a diez mil millones de años luz, lo que los convierte en uno de los objetos más distantes conocidos.
Los filamentos de gas entre los cuásares y la Tierra absorben la luz en los espectros del cuásar, lo que permite a los investigadores mapear la distribución del gas y medir su aglomeración en escalas de un millón de años luz. El grado de aglomeración de este gas, a su vez, puede responder preguntas fundamentales como si los neutrinos tienen masa y cuál es la naturaleza de la energía oscura, hipotetizada para impulsar la expansión acelerada del universo.
"Los científicos han estudiado durante mucho tiempo la agrupación de galaxias para aprender sobre cosmología", explicó Uros Seljak de la Universidad de Princeton, uno de los investigadores de SDSS. “Sin embargo, la física de la formación y agrupamiento de galaxias es muy complicada. En particular, debido a que la mayor parte de la masa del universo está compuesta de materia oscura, surge una incertidumbre por nuestra falta de comprensión de la relación entre la distribución de galaxias (que vemos) y la materia oscura (que no podemos ver). pero los modelos cosmológicos predicen) ". Se cree que los filamentos de gas que se ven en los espectros del cuásar se distribuyen de manera muy similar a la materia oscura, eliminando esta fuente de incertidumbre.
"Hemos sabido durante varios años que los espectros de cuásar son una herramienta única para estudiar la distribución de la materia oscura en el universo primitivo, pero la cantidad y calidad de los datos SDSS han hecho realidad esa visión", dijo David Weinberg, de la Universidad Estatal de Ohio. , miembro del equipo SDSS. "Es sorprendente que podamos aprender mucho sobre la estructura del universo hace 10 mil millones de años".
Seljak y sus colaboradores en el SDSS combinaron el análisis de los espectros del cuásar con mediciones de agrupamiento de galaxias, lentes gravitacionales y ondas en el fondo cósmico de microondas observado por la sonda de anisotropía de microondas Wilkinson de la NASA (WMAP). Esto da la mejor determinación hasta la fecha de la agrupación de materia en el universo desde escalas de un millón de años luz hasta muchos miles de millones de años luz. Esta visión integral permite una comparación detallada con modelos teóricos para la historia y los componentes del universo.
“Esta es la prueba más rigurosa hasta la fecha de las predicciones del modelo cosmológico de inflación; la inflación pasa con gran éxito ”, agregó Seljak.
La teoría inflacionaria establece que justo después del Big Bang, el universo experimentó un período de aceleración extremadamente rápida, durante el cual las pequeñas fluctuaciones se transformaron en arrugas de tamaño astronómico en el espacio-tiempo, en última instancia observables en la agrupación de objetos astronómicos. La teoría de la inflación predice una dependencia muy específica del grado de agrupamiento con escala, que el análisis actual respalda firmemente. Otros escenarios, como la teoría del universo cíclico, hacen predicciones muy similares y también están de acuerdo con los últimos resultados.
Los primeros análisis realizados por el equipo de WMAP y otros habían insinuado desviaciones en la agrupación cósmica de la predicción de la inflación. Si es correcto, esto habría requerido una revisión importante del paradigma actual para el origen de la estructura en el universo.
"Los nuevos datos y el análisis correspondiente mejoran sustancialmente la precisión de observación de esta prueba", dijo Patrick McDonald de la Universidad de Princeton y uno de los autores del hallazgo. "Los nuevos resultados están en perfecto acuerdo con la inflación".
"La agrupación de la materia es una prueba precisa y poderosa de los modelos cosmológicos, y el presente análisis es coherente y amplía nuestros estudios anteriores", acordó Adrian Pope de la Universidad Johns Hopkins, quien dirigió un análisis anterior de la agrupación de galaxias SDSS .
El nuevo análisis también proporciona la mejor información sobre la masa del neutrino. Los experimentos terrestres, que resultaron en el Premio Nobel de Física 2002, han demostrado definitivamente que los neutrinos tienen masa, pero estos experimentos solo podían medir la diferencia de masa entre los tres tipos diferentes de neutrinos conocidos. La presencia de neutrinos afectaría la agrupación cósmica en escalas de millones de años luz, exactamente las escalas sondeadas con los espectros de quásar.
El nuevo análisis sugiere que la masa de neutrinos más ligera tiene que ser menos de dos veces la diferencia de masa medida previamente. Las nuevas mediciones también eliminan la posibilidad de una familia de neutrinos masivos adicionales sugerida por algunos experimentos terrestres.
"La cosmología, la ciencia de los muy grandes, puede decirnos acerca de las propiedades de las partículas fundamentales, como los neutrinos", dijo Lam Hui, del Laboratorio Nacional de Aceleradores Fermi del Departamento de Energía de EE. UU., Que ha estado realizando un análisis independiente de estos datos, junto con Scott Burles de MIT y otros.
El nuevo análisis también proporciona más apoyo para la existencia de energía oscura, y sugiere que la energía oscura no cambia en el tiempo. Este análisis proporciona los mejores límites en su evolución temporal hasta la fecha.
"Hasta ahora no ha surgido ninguna evidencia de que la energía oscura cambie en el tiempo, y la posibilidad de que el universo se desgarre por un gran desgarro en el futuro se reduce sustancialmente por estos nuevos resultados", dijo Alexey Makarov, de la Universidad de Princeton, quien también tomó parte en esta investigación.
Fuente original: Comunicado de prensa de SDSS
