Los astrónomos utilizaron recientemente el Estudio de Energía Oscura del Telescopio Hobby-Eberly (HETDEX) para dibujar el mapa tridimensional de distribución de radiación de hidrógeno más detallado hasta la fecha, y por primera vez delinearon una "red cósmica oculta" de galaxias y gas entrelazados en el universo hace unos 10 mil millones de años. Este mapa rastrea la luz de la línea alfa de Lyman emitida por átomos de hidrógeno después de absorber energía de estrellas cercanas. Su período de tiempo cubre la evolución del universo desde hace aproximadamente 9 mil millones a 11 mil millones de años.
La radiación Lyman alfa suele ser particularmente fuerte en regiones con formación estelar activa y durante mucho tiempo ha sido una pista importante para encontrar galaxias brillantes tempranas. Sin embargo, ha sido difícil localizar la ubicación de una gran cantidad de galaxias débiles y nubes de gas difusas que emiten la misma señal. Maya Luján Niemeyer, del Instituto Max Planck de Astrofísica de Alemania, miembro del equipo de Heterdex responsable de este trabajo cartográfico, afirmó que observar el universo primitivo ayuda a comprender cómo evolucionaron las galaxias hasta llegar a lo que son hoy y el papel del gas intergaláctico en este proceso. Sin embargo, estos objetivos son extremadamente distantes y débilmente luminosos, lo que plantea un enorme desafío para las capacidades de observación.
Para detectar estas fuentes antes "invisibles", los investigadores utilizaron un nuevo método de "mapeo de intensidad de líneas espectrales". En lugar de identificar galaxias individuales una por una, midieron la intensidad de radiación general de un determinado elemento en el espacio a gran escala, capturando así el brillo acumulativo de innumerables objetivos débiles a la vez. Julián Muñoz, coautor del artículo y astrónomo de la Universidad de Texas en Austin, dijo vívidamente que los estudios tradicionales del cielo son como marcar sólo las luces más brillantes de la ciudad en el cielo nocturno en un avión, mientras que el mapeo de intensidad es como mirar la Tierra a través de una "ventana manchada". Aunque la imagen es borrosa, registra todas las fuentes de luz, no sólo la parte más brillante.
Este trabajo es el primero en utilizar un conjunto de datos tan grande para realizar un mapeo de intensidad de la radiación Lyman alfa con alta precisión. El proyecto HETDEX se basa en el telescopio Hobby-Eberly del Observatorio McDonald. Originalmente fue diseñado para estudiar la energía oscura midiendo las posiciones de más de un millón de galaxias brillantes. En el proceso, acumuló datos espectrales extremadamente grandes: más de 600 millones de espectros, que cubren un área del cielo equivalente al área total de más de 2000 lunas llenas en el cielo. Carl Gebhardt, líder del proyecto y presidente del Departamento de Astronomía de la Universidad de Texas en Austin, señaló que sólo alrededor del 5% de los datos se utilizan realmente en el análisis científico diario, y la mayor parte del resto ha estado durmiendo en el disco duro, que contiene un enorme potencial.
Niemeyer enfatizó que HETDEX casi "se queda sin luz" en una zona del cielo, pero las galaxias que son realmente lo suficientemente brillantes como para ser incluidas en la muestra científica original son sólo la punta del iceberg, y se esconde más luz en el fondo aparentemente vacío. Para "sacar" la estructura de la red cósmica a partir de la enorme cantidad de observaciones originales, el equipo desarrolló un software especial y utilizó la supercomputadora del Centro de Computación Avanzada de Texas para procesar centralmente aproximadamente medio petabyte de datos.
Luego, el equipo de investigación utilizó el catálogo existente de galaxias brillantes como "señales" para inferir las posibles ubicaciones de distribución de galaxias más débiles y nubes de gas luminosas a su alrededor. Debido a que la gravedad atrae la materia, las galaxias brillantes a menudo marcan áreas donde la materia está altamente concentrada. Eiichiro Komatsu, director científico del Instituto Max Planck de Astrofísica que participó en el estudio, dijo que estas galaxias conocidas pueden considerarse como apuestas y pueden usarse para estimar la distancia y distribución de fuentes débiles. El mapa resultante no sólo muestra detalles más claros alrededor de las galaxias brillantes, sino que también revela por primera vez la estructura rica y compleja en las áreas originalmente "en blanco" entre las galaxias.
La comunidad astronómica ya había realizado anteriormente un gran número de simulaciones por ordenador sobre la evolución del universo durante este período, pero al fin y al cabo eran sólo deducciones teóricas. La red cósmica medida obtenida esta vez proporciona un punto de referencia sólido para probar procesos astrofísicos relacionados. A continuación, los investigadores planean comparar este mapa de intensidad de Lyman alfa de hidrógeno con los resultados de la encuesta de otros elementos. Por ejemplo, el gas frío y denso que rodea las regiones de nacimiento de estrellas a menudo queda revelado por la radiación de monóxido de carbono. Se espera que el mapa de intensidad correspondiente revele más detalles sobre el entorno de las estrellas jóvenes que producen radiación Lyman alfa.
Muñoz afirmó que este trabajo es ante todo una "primera detección", lo que en sí mismo tiene un gran significado. También abre una nueva forma de delinear sistemáticamente el universo utilizando métodos de mapeo de intensidad. Considera que el telescopio Hobby-Eberly desempeña un papel pionero en este campo. A medida que se vayan utilizando, uno tras otro, una variedad de nuevos instrumentos complementarios, la humanidad puede marcar el comienzo de una "edad de oro" para cartografiar la estructura a gran escala del universo.