"Physical Review D" publicó un último informe de investigación en forma de "Sugerencia del editor". El informe afirma que un equipo de investigación analizó más de 1 millón de galaxias para explorar el origen de la estructura del universo actual. Los investigadores han revelado una notable disposición de las formas de las galaxias a lo largo de grandes distancias, utilizando un enfoque innovador que confirma aspectos de la teoría de la inflación y marca un progreso significativo en la comprensión de la formación del universo.

Hasta hoy, las observaciones y análisis precisos del fondo cósmico de microondas (CMB) y de la estructura a gran escala (LSS) han establecido un marco estándar del universo, el llamado modelo ΛCDM, en el que la materia oscura fría (CDM) y la energía oscura (constante cosmológica Λ) son características importantes.

Imágenes obtenidas al observar la estructura a gran escala del universo. Los numerosos objetos que se muestran de amarillo a rojo representan galaxias a cientos de millones de años luz de la Tierra. Estas galaxias vienen en una variedad de colores y formas y son innumerables en la inmensidad del espacio. La distribución espacial y los patrones de forma de estas galaxias no son aleatorios, sino que tienen "correlaciones" derivadas de las propiedades estadísticas de las semillas de fluctuación originales predichas por la inflación. Fuente: SubaruHSC

Este modelo cree que la onda original se generó al comienzo del universo, o en los primeros días del universo. Fue como un detonante que condujo a la creación de todo en el universo, incluidas las estrellas, las galaxias, los cúmulos de galaxias y su distribución espacial en el espacio. Aunque las fluctuaciones son muy pequeñas cuando se generan, con el tiempo, las fluctuaciones continuarán aumentando bajo la atracción de la gravedad, formando eventualmente un área densa de materia oscura, que es el halo. Luego, diferentes anillos chocaron repetidamente y se fusionaron entre sí, formando objetos celestes como las galaxias.

Distribución de galaxias y fluctuaciones originales.

Dado que la naturaleza de la distribución espacial de las galaxias está profundamente afectada por la naturaleza de las fluctuaciones originales que originalmente produjeron las galaxias, la gente ha estado realizando activamente análisis estadísticos sobre la distribución de las galaxias para explorar la naturaleza de las fluctuaciones originales mediante la observación. Además de esto, los patrones espaciales en las formas de las galaxias repartidas por vastas áreas del universo también reflejan la naturaleza de las fluctuaciones primordiales subyacentes.

Sin embargo, el análisis estructural tradicional a gran escala sólo se centra en la distribución espacial de las galaxias como puntos. Recientemente, los investigadores han comenzado a estudiar la forma de las galaxias porque no sólo proporciona más información, sino que también revela la naturaleza de las fluctuaciones originales desde otra perspectiva.

Un diagrama visual de cómo las "diferencias" en las fluctuaciones originales del universo conducen a diferentes distribuciones espaciales de la materia oscura. El gráfico central (compartido por las filas superior e inferior) muestra fluctuaciones en una distribución gaussiana de referencia. El gradiente de color (de azul a amarillo) corresponde a los valores fluctuantes en esa ubicación (de un área de baja densidad a un área de alta densidad). Las imágenes de izquierda y derecha muestran fluctuaciones que se desvían ligeramente de una distribución gaussiana o no gaussiana. El signo entre paréntesis indica el signo de la desviación de la distribución gaussiana, con desviaciones negativas (-) a la izquierda y positivas (+) a la derecha. La fila superior es un ejemplo de isotrópico no gaussiano. En comparación con las fluctuaciones gaussianas centrales, la imagen de la izquierda muestra un aumento en áreas de grandes valores negativos (azul oscuro), mientras que la imagen de la derecha muestra un aumento en áreas de grandes valores positivos (amarillo brillante). Se sabe que podemos utilizar la distribución espacial observada de las galaxias para buscar esta no gaussianidad isotrópica. La siguiente figura es un ejemplo de no gaussianidad anisotrópica. En comparación con el caso isotrópico de la imagen superior, el brillo y la oscuridad generales no cambian en comparación con las fluctuaciones gaussianas de la imagen del medio, pero la forma de cada región sí. Podemos buscar esta naturaleza "anisotrópica" no gaussiana en los patrones espaciales de las formas de las galaxias. Fuente: Kurita y Takada

Un equipo de investigación dirigido por el entonces estudiante graduado de Kavli IPMU, Toshiki Kurita (ahora becario postdoctoral en el Instituto Max Planck de Astrofísica) y el profesor de Kavli IPMU, Masahiro Takada, desarrolló un método para medir el espectro de potencia de las formas de las galaxias para extraer información estadística clave de los patrones de formas de las galaxias combinando datos espectrales sobre la distribución espacial de las galaxias y datos de imágenes sobre las formas de las galaxias individuales.

Análisis completo y hallazgos clave

Los investigadores también analizaron la distribución espacial y los patrones de forma de aproximadamente 1 millón de galaxias del Sloan Digital Sky Survey (SDSS), el estudio de galaxias más grande del mundo en la actualidad.

Así, lograron limitar las propiedades estadísticas de las fluctuaciones originales a partir de las cuales se formó toda la estructura del universo.

Los puntos azules y las barras de error son valores numéricos del espectro de potencia de la forma de la galaxia. El eje vertical representa la fuerza de la correlación entre las formas de dos galaxias, es decir, la consistencia de la dirección de las formas de las galaxias. El eje horizontal representa la distancia entre dos galaxias y el eje izquierdo (derecho) representa la correlación entre galaxias más distantes (más cercanas). Los puntos grises representan correlaciones aparentes no físicas. El valor es cero dentro del margen de error, lo que confirma que el punto de medición azul es de hecho una señal generada astrofísicamente. La curva negra es la curva teórica del modelo de inflación más estándar y coincide muy bien con los puntos de datos reales. Fuente: Kurita y Takada

Descubrieron que había una consistencia estadísticamente significativa en la forma y orientación de las dos galaxias separadas por más de 100 millones de años luz. Sus resultados muestran que existen correlaciones entre galaxias distantes que aparentemente se formaron de forma independiente y sin relaciones de causa y efecto.

"En este estudio, impusimos restricciones a las propiedades de las ondas originales mediante el análisis estadístico de las 'formas' de numerosas galaxias obtenidas a partir de datos estructurales a gran escala. Hay pocos precedentes para el uso de formas de galaxias para explorar la física del universo primitivo, y el proceso de investigación fue una serie de prueba y error, desde la concepción y el desarrollo de métodos analíticos hasta el análisis de datos reales. Debido a esto, enfrenté muchos desafíos. Pero me alegro de haber podido completar estas tareas durante mi doctorado. Creo que este resultado será el primer paso en el uso de formas de galaxias para abrir un nuevo campo de investigación en cosmología".

Además, un estudio detallado de estas correlaciones confirma que son consistentes con las predichas por la inflación y no exhiben las características no gaussianas de las fluctuaciones originales.

"Esta investigación es el resultado de la tesis doctoral de Toshiki. Es un resultado de investigación notable. Desarrollamos un método para validar un modelo cosmológico utilizando la forma y distribución de las galaxias, lo aplicamos a los datos y luego probamos la física de la inflación. Este es un tema de investigación sin precedentes, pero él completó la teoría, medición y aplicación de estos tres pasos. ¡Felicitaciones! Estoy muy orgulloso de haber podido completar los tres pasos. Desafortunadamente, no hice este gran descubrimiento de la nueva física de la inflación, pero sí abrió un camino para futuras investigaciones con el espectrógrafo Subaru Prime Focus", dijo Takada.

Fuente compilada: ScitechDaily