Home Tecnología Los objetos giratorios más grandes del universo: filamentos galácticos de cientos de millones de años luz de largo

Los objetos giratorios más grandes del universo: filamentos galácticos de cientos de millones de años luz de largo

by notiulti

Sabemos desde hace un tiempo acerca de la estructura a gran escala del Universo. Las galaxias residen en filamentos de cientos de millones de años luz de largo, en una columna vertebral de materia oscura. Y, donde esos filamentos se encuentran, hay cúmulos de galaxias. Entre ellos hay vacíos masivos, donde las galaxias son escasas. Ahora, un equipo de astrónomos en Alemania y sus colegas en China y Estonia han hecho un descubrimiento intrigante.

Estos filamentos masivos están girando, y nunca antes se había visto este tipo de rotación a una escala tan masiva.

Obviamente, no hay forma de tomar una imagen real de la estructura a gran escala del Universo. Pero hay algunas imágenes casi famosas que provienen del Programa de simulación del milenio. La simulación del milenio fue una simulación de supercomputadora de una porción cúbica del Universo a más de 2000 millones de años luz en cada lado. La imagen contiene alrededor de 20 millones de galaxias individuales organizadas en filamentos y grupos, y fue nuestro primer vistazo real del LSS del Universo.

Es extraordinario mirar esa imagen ahora e imaginar esos filamentos girando.

Imagen de la estructura a gran escala del Universo, que muestra filamentos y vacíos dentro de la estructura cósmica. Crédito: Proyecto de simulación del milenio

El equipo de astrónomos detrás de este descubrimiento trabajó con datos del Encuesta Sloan Digital Sky (SDSS.) El SDSS creó un mapa 3D muy detallado del Universo, por lo que los datos del SDSS fueron fundamentales para el descubrimiento del equipo.

“Al mapear el movimiento de las galaxias en estas enormes superautopistas cósmicas utilizando el estudio Sloan Digital Sky, un estudio de cientos de miles de galaxias, encontramos una propiedad notable de estos filamentos: giran”. dice Peng Wang, primer autor del estudio ahora publicado y astrónomo del AIP (Instituto de Astrofísica de Potsdam).

Cada una de las galaxias en los filamentos equivale a no más de una mota de polvo a gran escala, y no solo están girando, sino que se mueven a lo largo de los zarcillos como si fueran tuberías.

“Se mueven en hélices o como órbitas en forma de sacacorchos, dando vueltas alrededor del centro del filamento mientras viajan a lo largo de él”.

Noam Libeskind, coautor del estudio, AIP.

“A pesar de ser cilindros delgados, de dimensión similar a los lápices, de cientos de millones de años luz de largo, pero de unos pocos millones de años luz de diámetro, estos fantásticos zarcillos de materia giran”, añadió Noam Libeskind, iniciador del proyecto en el AIP. “En estas escalas, las galaxias dentro de ellas son en sí mismas solo muestras de polvo. Se mueven en hélices o en órbitas en forma de sacacorchos, dando vueltas alrededor del centro del filamento mientras viajan a lo largo de él. Nunca antes se había visto un giro de este tipo a escalas tan enormes, y la implicación es que debe haber un mecanismo físico aún desconocido responsable de apretar estos objetos “.

El hecho de que estos filamentos giren es difícil de visualizar y fascinante una vez que lo logras. Pero el descubrimiento es más que nuestra propia fascinación. Estos son los objetos más grandes que hemos visto girando, y eso significa que el momento angular puede tener lugar a una escala masiva. Uno de los misterios de la cosmología es cómo se genera ese momento angular en una escala tan masiva, ya que no hubo rotación primordial en el Universo temprano.

El descubrimiento se basa en observaciones de galaxias individuales en los filamentos y su desplazamiento Doppler. En este estudio, el desplazamiento al rojo es un proxy de la rotación, las galaxias desplazadas al rojo están retrocediendo y las galaxias desplazadas al azul se acercan.

Esta figura del artículo muestra la velocidad de rotación del filamento en función de la distancia entre las galaxias y la columna del filamento.  La distancia de las galaxias desde la columna del filamento en la región en retroceso se muestra en rojo y se les asigna valores positivos, mientras que la distancia de las galaxias en la región que se acerca se marca en azul y se les asigna valores negativos.  Las barras de error representan la desviación estándar de la media.  Crédito de la imagen: Wang et al 2021.
Esta figura del artículo muestra la velocidad de rotación del filamento en función de la distancia entre las galaxias y la columna del filamento. La distancia de las galaxias desde la columna del filamento en la región en retroceso se muestra en rojo y se les asigna valores positivos, mientras que la distancia de las galaxias en la región que se acerca se marca en azul y se les asigna valores negativos. Las barras de error representan la desviación estándar de la media. Crédito de la imagen: Wang et al 2021.

En el modelo de trabajo actual de la formación estructural del Universo, las sobredensidades crecen a través de la inestabilidad gravitacional. El material procedente de regiones subdensas fluye hacia regiones de sobredensidad. Pero ese flujo de material no tiene rotación ni rizo. Es por eso que los cosmólogos dicen que no hubo rotación en el Universo temprano. Y aquí es donde este descubrimiento se vuelve más interesante.

La rotación evidente en estos filamentos de galaxias debe generarse a medida que se forman las estructuras. Y estos filamentos y el resto de la red cósmica están conectados a la formación y evolución de las propias galaxias. También tienen un efecto poderoso sobre el giro de galaxias individuales y pueden regular cómo giran una galaxia y su halo de materia oscura. Hay una pieza desconocida en todo esto: los científicos aún no saben cómo nuestro conocimiento actual puede predecir que los propios filamentos giran.

“Nunca antes se había visto un giro de este tipo en escalas tan enormes, y la implicación es que debe haber un mecanismo físico aún desconocido responsable de apretar estos objetos”.

Noam Libeskind, coautor del estudio, AIP.

Antes de este estudio, otros científicos han teorizado que estos filamentos giran. Por ejemplo, Dr. Mark Neyrinck, miembro del Departamento de Física Teórica de la Universidad del País Vasco, España, es conocido por teorizar sobre esto. También es conocido por desarrollar la descripción de “origami” de la formación de estructuras cósmicas. en un Artículo de 2016 en The Paper dijo, “… si las galaxias giran (y lo hacen), también deben hacerlo los filamentos que sobresalen de ellas. Además, las galaxias unidas por un filamento deberían girar principalmente juntas, como objetos unidos a los extremos de una varilla. De hecho, esto es consistente con las observaciones astronómicas; las galaxias cercanas tienden a girar en la misma dirección “.

El trabajo del Dr. Neyrinck fue un importante punto de partida para el equipo detrás de este documento.

“Motivados por la sugerencia del teórico Dr. Mark Neyrinck de que los filamentos pueden girar, examinamos la distribución de galaxias observada, buscando la rotación de los filamentos”, dice el coautor Noam Libeskind. “Es fantástico ver esta confirmación de que los filamentos intergalácticos giran en el Universo real, así como en la simulación por computadora”.

El equipo utilizó un método de mapeo sofisticado que dividió la distribución de galaxias observada en segmentos. Luego, cada uno de los filamentos se aproximó mediante un cilindro. Las galaxias en el filamento luego se dividieron en dos regiones a cada lado de la columna vertebral del filamento. Luego midieron cuidadosamente la diferencia de corrimiento al rojo medio entre las dos regiones. “La diferencia de corrimiento al rojo medio es un proxy de la diferencia de velocidad (el corrimiento Doppler) entre las galaxias en el lado que se aleja y se acerca del tubo de filamento”, escriben los autores. Así midieron la rotación de los filamentos.

En su artículo, el equipo escribe que lo que encontraron no puede ser aleatorio. “Lo que se mide y se presenta aquí es la diferencia de corrimiento al rojo entre dos regiones a cada lado de un eje de giro hipotético que coincide con la columna del filamento. La distribución completa de esta cantidad es inconsistente con el azar, independientemente del ángulo de visión formado con la línea de visión … “

Sin embargo, advierten los investigadores, sus resultados no implican que todos los filamentos del Universo estén girando. Eso sería un exceso. “Este trabajo no predice que cada filamento en el Universo esté rotando”, escriben, “sino que hay submuestras — íntimamente conectadas a la masa del punto final del ángulo de visión — que muestran una señal clara consistente con la rotación. Este es el principal hallazgo de este trabajo “.

“En conjunto”, escribe el equipo en su conclusión, “el estudio actual y demuestran que el momento angular se puede generar a escalas sin precedentes, abriendo la puerta a una nueva comprensión del giro cósmico “.

El autor principal de este trabajo es Peng Wang, astrónomo del Instituto de Astrofísica de Potsdam (AIP). El título del artículo es “Posible evidencia observacional del giro de los filamentos cósmicos”. Está publicado en Nature Astronomy.

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