Astrónomos han creado uno de los mapas cósmicos más precisos y completos hasta la fecha, revelando un brillante «mar de luz» que permeó el universo temprano.
A diferencia de otros mapas universales, esta representación tridimensional está compuesta por luz emitida por un único elemento: el hidrógeno, el elemento más simple y abundante del universo, que emite grandes cantidades de una longitud de onda de luz específica cuando se excita por la energía de las estrellas cercanas.
La nueva investigación, descrita en un artículo publicado el 3 de marzo en The Astrophysical Journal, forma parte del Experimento de Energía Oscura del Telescopio Hobby-Eberly (HETDEX), un estudio del cielo que tiene como objetivo dilucidar cómo la energía oscura y la gravedad dan forma al universo. Los investigadores ahora pueden comparar sus simulaciones con estos nuevos datos, recopilados con el Telescopio Hobby-Eberly en el Observatorio McDonald en Texas, para evaluar cómo los modelos cosmológicos difieren de las observaciones.
Una forma emocionante de ver el universo bebé
Cuando los átomos de hidrógeno son bombardeados por la radiación estelar, se excitan y emiten luz Lyman-alpha, una longitud de onda específica en la parte ultravioleta del espectro electromagnético.
Las galaxias masivas y brillantes son más fáciles de detectar, pero las estructuras galácticas más débiles y las inmensas nubes de gas interestelar que forman estrellas y galaxias han permanecido en gran medida indetectadas, hasta ahora.
Para revelar el mar de luz que permeó el cosmos en sus inicios, los investigadores utilizaron una técnica llamada mapeo de intensidad de línea, que se centra en las longitudes de onda características, o emisiones espectrales distintivas, emitidas por diferentes elementos. Los astrónomos pueden, por lo tanto, utilizar el mapeo de líneas para cartografiar la concentración y distribución de esos elementos específicos en todo el cosmos, formando un mapa de las galaxias luminosas y las nubes de gas brillantes iluminadas por átomos de hidrógeno excitados.
La cosmología consiste en alejarse
Al estudiar galaxias, estrellas u otros objetos celestes discretos, los astrónomos analizan sus características acercándose. Sin embargo, la cosmología requiere alejarse. En consecuencia, la encuesta HETDEX no observa galaxias individuales, sino la luz combinada de cada objeto en una región designada del cielo. Como resultado, los astrónomos pueden recopilar datos integrados de una multitud de galaxias y nubes de gas intergalácticas simultáneamente.
«Imaginen que están en un avión mirando hacia abajo», dijo el coautor del estudio Julian Muñoz, un cosmólogo teórico de la Universidad de Texas en Austin, en una declaración. «La forma ‘tradicional’ de realizar encuestas de galaxias es como mapear solo las ciudades más brillantes: aprendes dónde están los grandes centros de población, pero te pierdes a todos los que viven en los suburbios y pueblos pequeños. El mapeo de intensidad es como ver la misma escena a través de una ventana de avión empañada: obtienes una imagen más borrosa, pero capturas toda la luz y no solo los puntos más brillantes».
En la búsqueda por comprender la energía oscura y cartografiar más de un millón de galaxias brillantes, HETDEX «ha recopilado más de 600 millones de espectros en un área equivalente a más de 2.000 lunas llenas, creando un conjunto de datos sin precedentes», dijeron los investigadores en una declaración diferente.
Una edad de oro del mapeo cósmico
El método de mapeo posibilitado por HETDEX ofrece otra forma de examinar las fuerzas impulsoras de la cosmología y cómo se distribuye la masa en todo el universo.
«Estos nuevos mapas tridimensionales nos permiten estudiar cómo se agrupan las galaxias», dijo el coautor del estudio Karl Gebhardt, profesor de astrofísica en la Universidad de Texas en Austin, a Live Science por correo electrónico. «El culpable que hace que las galaxias se unan es la gravedad. Por lo tanto, al estudiar las propiedades de agrupamiento, estamos comprendiendo las propiedades de la gravedad y cuánta masa existe», explicó Gebhardt.
Observar las estructuras galácticas como un conjunto es invaluable para medir las fluctuaciones de densidad a gran escala en todo el cosmos y explorar la influencia de la energía oscura, la entidad misteriosa que parece estar acelerando la expansión del universo.
Sorprendentemente, detectar las señales de las galaxias antiguas es difícil, «pero excluir la señal débil de todo lo demás – galaxias débiles en primer plano, ruido del detector, artefactos producidos por las técnicas de análisis, fuentes de luz dispersa como la luna, débiles líneas de absorción/emisión de la atmósfera terrestre – es aún más difícil», dijo el coautor del estudio Robin Ciardullo, profesor de astronomía y astrofísica en Penn State y el gerente de observación de HETDEX, a Live Science por correo electrónico.
El siguiente paso es mejorar las técnicas de reducción de ruido y separar las señales deseadas de los numerosos contaminantes astronómicos y terrestres. Los investigadores pueden entonces utilizar fuentes más débiles y objetos de menor masa como trazadores de la evolución cósmica para restringir de forma más sólida los modelos de gravedad.
«El Hobby-Eberly es un telescopio pionero», dijo Muñoz. «Y con nuevos instrumentos complementarios que entran en funcionamiento, estamos entrando en una edad de oro para el mapeo del cosmos».
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