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Los astrónomos miden ondulaciones pequeñas en el hidrógeno primitivo usando quasares dobles

Los astrónomos realizaron las primeras mediciones de ondulaciones a pequeña escala en gas de hidrógeno primitivo usando quasares dobles raros

27 de abril de 2017


Visión de un artista del corazón de un quásar. Crédito: NASA

Las regiones más estériles conocidas son las esquinas remotas del espacio intergaláctico. En estas vastas extensiones entre las galaxias hay sólo un átomo solitario por metro cúbico, una neblina difusa de gas hidrógeno que sobró del Big Bang. En las escalas más grandes, este material está dispuesto en una vasta red de estructuras filamentarias conocidas como la "red cósmica", sus hebras enredadas que abarcan miles de millones de años luz y que representan la mayoría de los átomos del universo.

Ahora, un equipo de astrónomos, incluyendo el físico de la Universidad de California en Santa Bárbara, Joseph Hennawi, ha realizado las primeras mediciones de ondas pequeñas en este gas primario de hidrógeno utilizando raros quasares dobles. Aunque las regiones de la tela cósmica que estudiaron se encuentran a casi 11 mil millones de años luz de distancia, fueron capaces de medir las variaciones en su estructura en escalas 100.000 veces más pequeño, comparable al tamaño de una sola galaxia. Los resultados aparecen en la revista Science.

El gas intergaláctico es tan tenue que no emite ninguna luz propia. En cambio, los astrónomos lo estudian indirectamente observando cómo absorbe selectivamente la luz procedente de fuentes lejanas conocidas como cuásares. Los cuásares constituyen una breve fase hiperluminosa del ciclo de vida galáctico impulsado por la materia que cae en el centro de una galaxia

Agujero negro supermasivo. Actuando como faros cósmicos, son faros brillantes y distantes que permiten a los astrónomos estudiar los átomos intergalácticos que residen entre la ubicación del cuásar y la Tierra. Pero debido a que estos episodios hiperluminosos duran sólo una pequeña fracción de la vida de una galaxia, los cuásares son correspondientemente raros y suelen estar separados unos de otros por cientos de millones de años luz.

Con el fin de sondear la red cósmica en escalas de menor tamaño, los astrónomos explotaron una coincidencia cósmica fortuita: identificaron pares de quásares extremadamente raros y midieron diferencias sutiles en la absorción de átomos intergalácticos a lo largo de las dos líneas de visión.

"Los pares de cuásares son como agujas en un pajar", explicó Hennawi, profesor asociado en el Departamento de Física de UCSB. Hennawi fue pionero en la aplicación de algoritmos del "aprendizaje automático" -una marca de inteligencia artificial- para localizar eficientemente pares de cuásar en las enormes cantidades de datos producidos por las encuestas de imágenes digitales del cielo nocturno. "Para encontrarlos, nos peinamos a través de imágenes de miles de millones de objetos celestiales millones de veces más débiles de lo que el ojo desnudo puede ver".

Una vez identificados, los pares de cuásar se observaron con los telescopios más grandes del mundo, incluyendo los telescopios Keck de 10 metros en el W.M. Observatorio de Keck en Mauna Kea, Hawai, de que la universidad de California es un socio fundador.

"Uno de los mayores retos fue el desarrollo de las herramientas matemáticas y estadísticas para cuantificar las pequeñas diferencias que medimos en este nuevo tipo de datos", dijo el autor principal Alberto Rorai, ex-doctorado de Hennawi. Estudiante que es ahora un investigador postdoctoral en la Universidad de Cambridge. Rorai desarrolló estas herramientas como parte de la investigación para su doctorado y las aplicó a espectros de quásares con Hennawi y otros colegas.

Los astrónomos compararon sus mediciones con modelos de supercomputadoras que simulan la formación de estructuras cósmicas desde el Big Bang hasta el presente. En un solo ordenador portátil, estos complejos cálculos requerirían casi 1.000 años para completarse, pero los superordenadores modernos permitieron a los investigadores llevarlos a cabo en pocas semanas.

"La entrada a nuestras simulaciones son las leyes de la física y la salida es un universo artificial, que puede compararse directamente con los datos astronómicos", dijo el coautor José Oñorbe, investigador postdoctoral del Instituto Max Planck de Astronomía de Heidelberg, Alemania. , Quien dirigió el esfuerzo de simulación del supercomputador. "Estuve encantado de ver que estas nuevas mediciones están de acuerdo con el paradigma bien establecido de cómo se forman las estructuras cósmicas".

"Una de las razones por las que estas fluctuaciones a pequeña escala son tan interesantes es que codifican información acerca de la temperatura del gas en la red cósmica unos pocos miles de millones de años después del Big Bang", explicó Hennawi.

Los astrónomos creen que la materia en el universo pasó por las transiciones de fase hace billones de años, que cambió dramáticamente su temperatura. Conocido como re-ionización cósmica, estas transiciones ocurrieron cuando el resplandor ultravioleta colectivo de todas las estrellas y cuásares en el universo se hizo lo suficientemente intenso como para quitar los electrones de los átomos en el espacio intergaláctico. Cómo y cuándo ocurrió la re-ionización es una de las preguntas abiertas más grandes en el campo de la cosmología, y estas nuevas medidas proporcionan pistas importantes que ayudarán a narrar este capítulo de la historia cósmica.

Lea más en:
https://phys.org/news/2017-04-astronomers-small-scale-ripples-primeval-hydrogen.html#jCp

1 comentario:

  1. If there is a place in the universe with a density of matter of one atom per cubic meter, in what is that atom contained? Is that cubic meter pure vacuum, devoid of any other discernible content? What is your opinion, Cindy?

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