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Astrónomos presentaron un catálogo tridimensional con 1,2 millones de galaxias

Es el más grande que existe en la actualidad y cubre aproximadamente un cuarto del cielo visible. Se trata de un mapeo que ubica en tres dimensiones la posición de esos conjuntos de estrellas. Permitirá estudiar las propiedades de la energía oscura. En el equipo internacional de científicos que trabajó en su elaboración, participó Ariel Sánchez, investigador del Instituto Max Planck de Física Extraterrestre y egresado de FaMAF. [27.07.2016]

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Astrónomos presentaron un catálogo tridimensional con 1,2 millones de galaxias

Uno sector del mapa tridimensional. Cada punto indica la posición de una galaxia 6 mil millones de años en el pasado. En color amarillo están representadas las más cercanas a la Tierra, y en violeta las más alejadas. Imagen: Daniel Eisenstein y SDSS-III

Recientemente, científicos del proyecto Sloan Digital Sky Survey III (SDSS-III) presentaron los resultados finales del catálogo BOSS (Baryon Oscillations Spectroscopic Survey), un mapeo tridimensional con la posición exacta de 1,2 millones de galaxias. Se trata del registro más extenso existente en la actualidad, ya que cubre aproximadamente un cuarto del cielo visible.

Ariel Sánchez es uno de los cientos de científicos que participaron en la iniciativa. Actualmente forma parte del Instituto Max Planck de Física Extraterrestre, ubicado en Alemania, pero se licenció y doctoró como astrónomo en la Facultad de Matemática, Astronomía, Física y Computación de la UNC. En diálogo con UNCiencia, explicó que los resultados del catálogo fueron presentados semanas pasadas en 13 artículos.

"Durante cinco años utilizamos el telescopio Sloan, ubicado en Nuevo México (Estados Unidos), para mapear las posiciones en 3D de cerca de 1,2 millones de galaxias. Los resultados muestran, al igual que catálogos anteriores, que las galaxias forman una variedad de estructuras: grandes cúmulos conectados por 'hilos' de galaxias que llamamos 'filamentos' y rodean grandes regiones vacías", apunta.

Según explica, esas estructuras se formaron durante la evolución del Universo gracias a la gravedad. Poco después del Big Bang, se generaron pequeñas fluctuaciones en la densidad del universo que la gravedad se encargó de amplificar a través de miles de millones de años llegando a formar las galaxias y cúmulos de galaxias que vemos hoy. "Las propiedades de estas estructuras guardan cierta memoria de las fluctuaciones que les dieron origen y de la evolución del universo. Analizando estas estructuras en detalle es posible recuperar esa información", completa.

Catálogo de galaxias BOSS
Esta "rebanada" del mapa tridimensional contiene 48.741 galaxias, aproximadamente un tres por ciento del total registrado en el catálogo BOSS. La imagen cubre aproximadamente una veinteaba parte del cielo visible. Cada punto revela la ubicación de una galaxia, 6 mil millones de años en el pasado. El color se utiliza como indicador de la distancia a la Tierra: en amarillo están destacadas las más cercanas a nuestro planeta y en violeta las más alejadas. La representación revela la existencia de supercúmulos de galaxias y zonas vacías.
Imagen: Daniel Eisenstein y SDSS-III.

La finalidad última del mapeo es comprender un poco más las propiedades de la energía oscura. "En las últimas décadas aprendimos que la materia ordinaria –que forma las estrellas y galaxias– solo constituye alrededor del 5% del contenido del universo. Del resto, un 25% está formado por materia oscura, una forma de materia que no emite ni absorbe luz y solo interacciona con el resto de la materia en forma gravitacional. El 70% restante está dado por algo más extraño aun: la energía oscura, que contrarresta la fuerza atractiva de la gravedad y acelera la expansión del universo. Aunque podemos detectar la presencia de la materia y la energía oscuras, no sabemos exactamente que son. La naturaleza de estas componentes están ente los misterios más grandes de la física actual", explica.

El catálogo BOSS posibilitó obtener las mediciones más precisas hasta el momento de las oscilaciones acústicas bariónicas, un elemento clave para comprender las características de la energía oscura.  Sánchez lo sintetiza así: "Poco después del Big Bang, el universo era mucho más caliente y denso que hoy. En esas condiciones, los electrones no lograban unirse con los protones para formar átomos de hidrógeno. Ese estado se conoce como un 'plasma'. Las oscilaciones acústicas bariónicas son ondas que se propagaron a través de ese plasma, y que dejaron una señal en la distribución de galaxias en gran escala que medimos con el catálogo BOSS".

Para simplificar, el astrónomo propone pensar en un estanque de agua donde se arrojan piedras, creando ondas que se propagan por la superficie como anillos. En el universo, las "piedras" corresponden a pequeñas fluctuaciones en densidad, formadas un segundo después del Big Bang, y las ondas se propagan como esferas en vez de anillos.

"Unos 400 mil años después del Big Bang, la temperatura del universo bajó lo suficiente como para que se formaran átomos de hidrógeno. En ese momento, las ondas que se propagaban por el plasma se frenaron, imprimiendo una escala característica en la distribución de materia, dada por el radio de esas esferas. Esa escala –que debido a la expansión del universo hoy corresponde a unos 500 millones de años luz– puede medirse a partir de la distribución de galaxias. Esto nos da lo que llamamos una “regla estándar”. Midiendo esta escala a través de la historia del universo tenemos acceso a una 'regla' con la que podemos medir la tasa de expansión del universo. Y eso nos da información acerca de las propiedades de la materia y la energía oscuras", completa.

Sánchez adelanta que los resultados de las mediciones de las oscilaciones acústicas bariónicas realizadas gracias al catálogo BOSS les permitió obtener resultados consistentes con la hipótesis de que la energía oscura se deba a la “energía del vacío”, una energía que llena todo el espacio, incluso en ausencia de materia, cuyo origen puede entenderse a través de la física cuántica.

En los próximos años, prevé que proyectos similares a BOSS construyan catálogos de galaxias incluso más grandes y de esa manera se pueda cubrir distintas épocas en la evolución del universo. "Estos nuevos datos nos permitirán aprender más acerca de las propiedades y el origen de la energía oscura que nos ayudarán a comprender más este fenómeno", concluye.

El rectángulo de la izquierda, en escala de grises, es un recorte del mapa tridimensional. En él están representadas 120 mil galaxias. Las mediciones espectroscópicas de cada una de ellas es lo que permite transformar la imagen bidimensional en un mapa tridimensional. Las zonas más brillantes corresponden a regiones con más galaxias y por ende más materia oscura. Como consecuencia de toda esta materia oscura extra, en esas áreas se produce un exceso de fuerza gravitacional. Imagen: Jeremy Tinker and SDSS-III.
 
Ariel Sánchez se graduó como Licenciado en astronomía en la Universidad Nacional de Córdoba en 2002. Cinco años más tarde obtuvo su doctorado en la misma institución y emigró a Alemania en 2008. Desde entonces se desempeña como investigador en el Instituto Max Planck de Física Extraterrestre, de ese país.
Actualmente realiza su labor científica en el Grupo de Astronomía Óptica e Interpretativa en el área de Cosmología y el análisis de la estructura a gran escala del Universo. En ese marco, participa de diferentes proyectos multicéntricos como el Sloan Digital Sky Survey III (SDSS-III), el Experimento telescopio de energía oscura Hobby-Eberly (HETDEX) y la misión Euclides de la Agencia Espacial Europea.
Una cuestión de volumen
Las galaxias detectadas por BOSS cubren un volumen de 650 mil millones de años luz cúbicos. ¿Qué significa? El “año luz” es una medida que se utiliza para indicar la distancia que recorre la luz en un año, poco más de 9,46 billones de kilómetros. Los “años luz cúbicos” son una medida de volumen. Cuando se habla de 650 mil millones de años luz cúbicos, puede pensarse como el equivalente al volumen de un cubo de casi 9 mil millones de años luz de lado.
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