La materia oscura es una sustancia esquiva que constituye el 80% del universo. También proporciona el esqueleto de lo que los cosmólogos llaman la red cósmica, la estructura a gran escala del universo que, debido a su influencia gravitatoria, dicta el movimiento de las galaxias y del ersto del material cósmico. Sin embargo, actualmente se desconoce la distribución de la materia oscura local porque no puede medirse directamente. Los investigadores deben inferir su distribución basándose en su influencia gravitatoria sobre otros objetos del universo, como las galaxias.

«Irónicamente, es más fácil estudiar la distribución de la materia oscura mucho más lejos porque refleja el pasado muy lejano, que es mucho menos complejo», dijo Donghui Jeong, profesor asociado de astronomía y astrofísica en Penn State y coautor del estudio. «Con el tiempo, a medida que la estructura a gran escala del universo ha crecido, la complejidad del universo ha aumentado, por lo que es inherentemente más difícil hacer mediciones sobre la materia oscura a nivel local».

Los intentos anteriores de cartografiar la red cósmica partían de un modelo del universo primitivo y luego simulaban la evolución del modelo a lo largo de miles de millones de años. Sin embargo, este método requiere un enorme esfuerzo informático y hasta ahora no ha sido capaz de producir resultados lo suficientemente detallados como para ver el universo local. En este nuevo estudio, los investigadores 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 investigadores construyeron y entrenaron su modelo utilizando un gran conjunto de simulaciones de galaxias, llamado Illustris-TNG, que incluye galaxias, gases y otra materia visible, así como materia oscura. El equipo seleccionó específicamente galaxias simuladas comparables a la Vía Láctea y finalmente identificó qué propiedades de las galaxias son necesarias para predecir la distribución de la materia oscura.

«Cuando se le da cierta información, el modelo puede esencialmente rellenar los huecos basándose en lo que ha visto antes», dijo Jeong. «El mapa de nuestros modelos no se ajusta perfectamente a los datos de la simulación, pero aún así podemos reconstruir estructuras muy detalladas. Descubrimos que incluir el movimiento de las galaxias -sus velocidades peculiares radiales- además de su distribución mejoraba drásticamente la calidad del mapa y nos permitía ver estos detalles.»

A continuación, el equipo de investigación aplicó su modelo a datos reales del universo local procedentes del catálogo de galaxias Cosmicflow-3. Este catálogo contiene datos exhaustivos sobre la distribución y el movimiento de más de 17 mil galaxias en las proximidades de la Vía Láctea, en un radio de 200 megaparsecs. El mapa resultante de la red cósmica local se publica en un artículo que apareció el 26 de mayo en la revista Astrophysical Journal.

El mapa reproduce sucesivamente las estructuras prominentes conocidas del universo local, incluyendo la «hoja local» -una región del espacio que contiene la Vía Láctea, las galaxias cercanas del «grupo local» y las galaxias del cúmulo de Virgo- y el «vacío local» -una región del espacio relativamente vacía junto al grupo local-. Además, identificó varias estructuras nuevas que requieren una mayor investigación, incluyendo estructuras filamentosas más pequeñas que conectan galaxias.

«Disponer de un mapa local de la red cósmica abre un nuevo capítulo de estudio cosmológico», dijo Jeong. «Podemos estudiar cómo se relaciona la distribución de la materia oscura con otros datos de emisión, lo que nos ayudará a entender la naturaleza de la materia oscura. Y podemos estudiar directamente estas estructuras filamentosas, estos puentes ocultos entre galaxias».

Por ejemplo, se ha sugerido que la Vía Láctea y las galaxias de Andrómeda podrían estar acercándose lentamente la una a la otra, pero aún no está claro si podrían colisionar dentro de muchos miles de millones de años. El estudio de los filamentos de materia oscura que conectan las dos galaxias podría aportar importantes datos sobre su futuro.

«Como la materia oscura domina la dinámica del universo, básicamente determina nuestro destino», afirma Jeong. «Así que podemos pedirle a un ordenador que haga evolucionar el mapa durante miles de millones de años para ver qué ocurrirá en el universo local. Y podemos hacer evolucionar el modelo hacia atrás en el tiempo para entender la historia de nuestro vecindario cósmico».

Los investigadores creen que pueden mejorar la precisión de su mapa añadiendo más galaxias. Las prospecciones astronómicas previstas, por ejemplo con el telescopio espacial James Web, podrían permitirles añadir galaxias débiles o pequeñas que aún no se han observado y galaxias que están más lejos que las incluidas hasta la fecha.

Dejar respuesta

Please enter your comment!
Please enter your name here