Estos son los ingredientes cósmicos del espacio

Una nueva simulación mapea los primeros segundos después del Big Bang, centrándose en lo que los científicos llaman el medio intergaláctico, o el gas y el polvo entre las galaxias.

 

En 1927, el astrónomo Georges Lemaître propuso originalmente la teoría del Big Bang, esta teoría propone que «el universo comenzó como un solo punto, luego se expandió y se estiró para crecer tanto como lo es ahora.» A partir de la tecnología desarrollada por el equipo de la IAC, será posible conocer más sobre las condiciones cósmicas en el inicio de los tiempos.

El equipo dirigido por investigadores del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) utilizó el aprendizaje automático, un tipo de algoritmo en el que se entrena a un ordenador para que reconozca patrones, para completar 100 000 horas de cálculo. El algoritmo para este proyecto se llama Hydro-BAM.

Este nuevo trabajo permitió a los investigadores trazar fenómenos que incluyen materia oscura, gas energizado, hidrógeno neutro y otros ingredientes cósmicos que son esenciales para comprender la estructura de nuestro universo.

“Estamos haciendo un esfuerzo especial para desarrollar técnicas de aprendizaje automático para acelerar todo el proceso, ahorrar costos computacionales y ejecutar de manera eficiente muchas de estas simulaciones”, dijo Francesco Sinigaglia, estudiante de doctorado conjunto en la Universidad de La Laguna (Tenerife, España) y el IAC y la Universidad de Padua (Italia), primer autor de ambas publicaciones.

Las observaciones actuales parecen indicar que todo en nuestro universo está dominado por materia oscura y energía oscura, mucho más abundante que la materia convencional o bariónica. Esta materia, la que podemos ver, representa solo el 5% de la masa total del Universo. En cambio, la materia oscura, invisible a nuestros ojos, constituye aproximadamente el 27% de nuestro inmenso cosmos. El 68% restante está compuesto por energía oscura, que no solo es responsable de la expansión del Universo, sino también de su constante aceleración. “El objetivo de estos estudios es afinar nuestra comprensión de la estructura a gran escala del Universo e inferir información sobre su evolución a lo largo del tiempo cósmico mediante el modelado y la observación de cantidades bariónicas”, subraya Andrés Balaguera Antolínez, investigador del IAC y uno de los principales desarrolladores del código Hydro-BAM. "Nuestros métodos tienen como objetivo reproducir el Universo observado a través de una evaluación detallada de los diferentes y complejos vínculos estadísticos entre la distribución tridimensional de la materia oscura y la materia visible, como las galaxias y el gas intergaláctico".

Usando este nuevo procedimiento computacional, los investigadores abordaron la conexión con el Universo observable.

"Hemos realizado un análisis exhaustivo de posprocesamiento de nuestras simulaciones hidrodinámicas al poner millones de observadores virtuales para modelar el bosque Lyman-alfa observado en la absorción de las líneas de visión de los cuásares", describe Ikkoh Shimuzu , anteriormente de la Universidad de Osaka (ahora en Shikoku Universidad de Gakuin).

El bosque Lyman-alfa, es un patrón particular de líneas en un espectro de galaxias y objetos similares creados cuando las nubes de gas de hidrógeno en el camino absorben la luz galáctica que gracias a la simulación se ha logrado su reproducción con alta precisión.

Este patrón se produce cuando "árboles" de gas hidrógeno, dispersos por todo el Universo, absorben la luz emitida por estos objetos distantes. De esta forma, los científicos pueden ver distintas líneas de absorción correspondientes a nubes a diferentes distancias y, por lo tanto, mostrar diferentes edades del Universo, además de proporcionar información sobre el medio intergaláctico.

"Estos 'universos virtuales' sirven como bancos de pruebas para el estudio de la cosmología", agregaron los investigadores. "Sin embargo, las simulaciones son computacionalmente muy costosas, y las instalaciones informáticas actuales solo nos permiten explorar pequeños volúmenes cósmicos".

Hydro-BAM está diseñado para incluir probabilidad, aprendizaje automático y cosmología, es decir, la historia del universo. “Este algoritmo ha permitido obtener predicciones muy precisas en tan solo unas decenas de segundos”, dijeron los investigadores.

Trazar las líneas de absorción en los espectros galácticos permitió al equipo aprender dónde se encuentran las nubes de gas hidrógeno. La ubicación es un indicador de la distancia, dado que el universo se expande continuamente. Las nubes también dan pistas sobre lo que está contenido en el medio intergaláctico de gas y polvo.

"El avance se produjo cuando entendimos que las conexiones entre las cantidades de gas intergaláctico, materia oscura e hidrógeno neutro que intentábamos modelar están bien organizadas de forma jerárquica", explica Francesco Sinigaglia, estudiante de doctorado en la Universidad de La Laguna en España, el IAC y la Universidad de Padua en Italia, y autor principal de la investigación.

Referencia:

Francesco Sinigaglia. et al. Mapping the Three-dimensional Lyα Forest Large-scale Structure in Real and Redshift Space*. The Astrophysical Journal. 2022. doi.org/10.3847/1538-4357/ac5112

 

Doctor Fisión

Doctor Fision

Divulgador científico especialista en física y astrofísica, y apasionado de la ciencia en general. Autor del bestseller "El Universo Explicado" y de "La Nueva Carrera Espacial". Tiene más de 3 millones de seguidores en redes sociales.

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