Un equipo internacional de científicos ha mapeado la materia oscura en el universo local utilizando el modelo para determinar su ubicación en función de sus efectos gravitacionales en las galaxias (puntos negros). Estos mapas de densidad, cada uno con secciones transversales en diferentes dimensiones, recrean las características distintivas y familiares del Universo (rojo) y también revelan elementos filamentosos más pequeños (amarillo) que actúan como puentes ocultos entre las galaxias. X indica la Vía Láctea y las flechas indican el movimiento del universo local debido a la gravedad. Crédito: Hong et. al., Revista astrofísica
Un nuevo mapa de materia oscura en el universo local revela varias estructuras fibrosas previamente desconocidas que conectan galaxias. El mapa, desarrollado mediante aprendizaje automático por un equipo internacional, incluido un astrofísico de Penn State, tiene el potencial de estudiar la naturaleza de la materia oscura, así como la historia y el futuro de nuestro universo local.
La materia oscura es la sustancia elusiva que constituye el 80% del universo. También proporciona la columna vertebral de lo que los cosmólogos llaman la red cósmica, la estructura a gran escala del universo que, debido a su influencia gravitacional, dicta el movimiento de las galaxias y otros materiales cósmicos. Sin embargo, actualmente se desconoce la distribución de la materia oscura local, ya que no se puede medir directamente. En cambio, los investigadores deben inferir su distribución basándose en sus efectos gravitacionales en otros objetos del universo, como las galaxias.
“Irónicamente, es más fácil estudiar la distribución de la materia oscura mucho más lejos porque refleja un pasado muy lejano que es mucho menos complejo”, dijo Donghui Jeong, profesor de astronomía y astrofísica en Penn State y autor correspondiente del estudio. . “Con el tiempo, con el desarrollo de la estructura a gran escala del universo, su complejidad ha aumentado, por lo que es inherentemente más difícil realizar mediciones locales de la materia oscura”.
Los intentos anteriores de mapear la red cósmica comenzaron con un modelo del universo temprano y luego simularon su evolución durante miles de millones de años. Sin embargo, este método es computacionalmente intensivo y hasta ahora no ha podido proporcionar resultados lo suficientemente detallados para ver el universo local. En el nuevo estudio, los científicos adoptaron un enfoque completamente diferente, utilizando el aprendizaje automático para construir un modelo que utiliza información sobre la distribución y el movimiento de las galaxias para predecir la distribución de la materia oscura.
Los científicos construyeron y entrenaron su modelo utilizando una gran suite de simulación de galaxias llamada Illustris-TNG, que incluye galaxias, gases, otra materia visible y materia oscura. El equipo seleccionó específicamente galaxias simuladas comparables a las de la Vía Láctea y finalmente determinó qué propiedades de las galaxias son necesarias para predecir la distribución de la materia oscura.
“Con algo de información, el modelo esencialmente puede llenar los vacíos basándose en lo que estaba viendo antes”, dijo Jeong. “El mapa de nuestros modelos no coincide perfectamente con los datos de la simulación, pero aún podemos reconstruir las estructuras muy detalladas. Descubrimos que incluir el movimiento de las galaxias, sus peculiares velocidades radiales, además de su distribución, mejoraba drásticamente la calidad del mapa. y veamos estos detalles “.
Luego, el equipo de investigación aplicó su modelo a datos reales del universo local del directorio de galaxias Cosmicflow-3. El catálogo contiene datos completos sobre la distribución y el movimiento de más de 17.000 galaxias en las cercanías de la Vía Láctea, dentro de un radio de 200 megaparsecs. El mapa resultante de la red espacial local se publicó en un artículo que apareció en Internet el 26 de mayo. Diario astrofísico.
El mapa recrea sucesivamente estructuras prominentes conocidas en el universo local, incluida la “capa local”, un área del espacio que contiene la Vía Láctea, galaxias cercanas en el “grupo local” y galaxias en el cúmulo de Virgo, y el “vacío local”. “- Área de espacio relativamente vacía junto al grupo local. Además, se han identificado varias estructuras nuevas que requieren más estudio, incluidas estructuras fibrosas más pequeñas que conectan las galaxias.
“Tener un mapa de la red espacial local abre un nuevo capítulo en la investigación cosmológica”, dijo Jeong. “Podemos investigar cómo la distribución de la materia oscura se relaciona con otros datos de emisión que nos ayudarán a comprender la naturaleza de la materia oscura. Y podemos estudiar estas estructuras fibrosas directamente, estos puentes ocultos entre galaxias “.
Por ejemplo, se ha sugerido que las galaxias Vía Láctea y Andrómeda pueden converger lentamente, pero no está claro si podrían colisionar dentro de miles de millones de años. El estudio de los filamentos de materia oscura que conectan dos galaxias podría proporcionar información importante sobre su futuro.
“Dado que la materia oscura domina la dinámica del universo, esencialmente determina nuestro destino”, dijo Jeong. “Entonces podemos pedirle a la computadora que desarrolle el mapa durante miles de millones de años para ver qué sucederá en el universo local. Y podemos retroceder en el tiempo para comprender la historia de nuestro vecindario cósmico “.
Los científicos creen que pueden mejorar la precisión de su mapa agregando más galaxias. Los estudios astronómicos programados, como el uso del telescopio espacial James Web, pueden permitirles agregar galaxias débiles o pequeñas que aún no se han observado, y galaxias más allá.
Proporcionado por la Universidad Estatal de Pensilvania