Un equipo de investigadores ha estudiado más de un millón de galaxias para explorar el origen de las estructuras, a gran escala, que se pueden observar en el universo moderno. Profundiza en lo que ya se ha ido aprendiendo gracias al modelo Lambda-CDM, que describe el universo tal y como lo conocemos…
Un millón de galaxias para profundizar en el Modelo Estándar
Hasta ahora, las observaciones precisas, y los análisis de la radiación de fondo de microondas y las estructuras a gran escala, han llevado al desarrollo de un marco estándar para explicar el universo. Es el Modelo Estándar o, también, el modelo Lambda-CDM. CDM corresponde a las siglas en inglés de materia oscura fría, mientras que Lambda hace referencia a la constante cosmológica (y a la energía oscura, responsable de la aceleración de la expansión del universo). Ambas, materia y energía oscura, son características muy importantes.
El modelo sugiere que las fluctuaciones primordiales se generaron en el inicio del universo, o en sus primeras etapas. Esas fluctuaciones actuaron como desencadenantes, llevando a la creación de todo lo que podemos observar en el universo, incluyendo estrellas, galaxias, cúmulos de galaxias y su distribución espacial en el universo. Aunque eran muy pequeñas cuando se formaron, las fluctuaciones crecen con el paso del tiempo debido a la gravedad. Tarde o temprano, forma una región densa de materia oscura, o un halo.
Después, los diferentes halos colisionan, repetidamente, y se fusionan entre sí. Esto lleva a la formación de objetos celestes, como las galaxias. Como la distribución espacial de las galaxias se ve muy influida por la naturaleza de esas fluctuaciones primordiales, que a fin de cuentas las crearon, se han llevado a cabo análisis estadísticos de la distribución de galaxias. De esta manera, se puede explorar, por medio de la observación, la naturaleza de esas fluctuaciones primordiales. No es la única manera de estudiar esas fluctuaciones primordiales.
El estudio de las fluctuaciones
El patrón espacial de las formas de las galaxias, repartidas en una zona grande del universo, también muestra la naturaleza de esas fluctuaciones primordiales. Sin embargo, el análisis típico de las estructuras a gran escala se ha centrado en la distribución de las galaxias, en el espacio, únicamente como puntos. No se tenía en cuenta su forma. En tiempos más recientes, se ha comenzado a estudiar la forma de las galaxias. No solo proporciona más información, también proporciona una perspectiva diferente sobre la naturaleza de las fluctuaciones primordiales.
Un equipo de investigadores ha desarrollado un método para medir el espectro de energía de las formas de las galaxias. Esto extrae información clave, desde el punto de vista estadístico, al combinar los datos de la distribución espacial de esas galaxias e imágenes de sus respectivas formas. Los investigadores han analizado, de manera simultánea, la distribución en el espacio, y el patrón de formas, de aproximadamente un millón de galaxias. Fueron recogidas en la Sloan Digital Sky Survey (SDSS), la encuesta astronómica de galaxias más grande del mundo.
Así, han logrado limitar con éxito las propiedades estadísticas de las fluctuaciones primordiales, que actuaron como semillas de la formación de la estructura de todo el universo. Han descubierto que hay una alineación, estadísticamente significativa, en la orientación de dos formas de galaxias, separadas por más de 100 millones de años-luz. Los resultados muestran que hay una correlación entre galaxias lejanas, cuyos procesos de formación son, aparentemente, independientes y no están relacionados. El trabajo ha permitido definir ciertos límites.
Un millón de galaxias y las pistas sobre el inicio del universo
Han logrado acotar las propiedades de esas fluctuaciones primordiales, por medio del estudio de multitud de galaxias, a partir de los datos de la estructura a gran escala del universo. Hay pocos precedentes de investigaciones que utilicen la forma de las galaxias para explorar la física del universo en su infancia. El proceso de investigación, cuentan los científicos, desde la concepción de la idea, al desarrollo de un método de análisis y el análisis en sí mismo, ha estado repleto de pruebas y errores. Se han enfrentado a muchos desafíos.
Creen que este logro será el primer paso para abrir nuevas investigaciones en el campo de la cosmología usando las formas de las galaxias. Además, una investigación detallada de estas correlaciones les ha permitido confirmar que encaja con las correlaciones predecidas por la inflación. Es decir, por ese período (que duró una fracción de un segundo) en el que el universo se expandió de manera enorme. Los investigadores han desarrollado un método para validar un modelo cosmológico utilizando las formas de las galaxias y su distribución.
Después, lo han aplicado a los datos y han analizado la física de la inflación. Es una investigación, explican, que nadie había realizado hasta ahora, pero han seguido los tres pasos: teoría, medición y aplicación. El único aspecto negativo es que no se ha logrado descubrir nueva física relacionada con la inflación. Aunque sí consideran que han abierto un camino para que las investigaciones futuras puedan buscar esas respuestas. En los próximos años, los métodos y resultados de este estudio permitirán poner a prueba la teoría de la inflación.
Estudio
El estudio es T. Kurita y M. Takada; «Constraints on anisotropic primordial non-Gaussianity from intrinsic alignments of SDSS-III BOSS galaxies». Publicado en la revista Physical Review D el 31 de octubre de 2022. Puede consultarse en arXiv, en este enlace.
Referencias: Phys
