Vista (azul) y corte (rojo) del mapa del medio cósmico promediado sobre más de los 40.000 universos posibles. Un equipo de investigadores del Instituto Max Planck de Astrofísica no sólo ha producido el mapa más exacto del universo observable, sino que en realidad hizo 40.000 versiones diferentes, cada una de ellos representa un universo posible de conformidad con las galaxias conocidas. Por lo tanto, estos 40.000 mapas no sólo codifican nuestro conocimiento actual de la estructura cósmica, sino además sus diferencias, cómo las regiones desconocidas del universo podrían ser.
Corte a través del medio de todos los 40.000 mapas cósmicos. Estos mapas se han generado sobre la base de la Encuesta Digital Sloan del Cielo utilizando el algoritmo de la computadora HADES. Como se predijo mediante simulaciones, la estructura filamentosa de la distribución de la materia en el Universo puede ser vista claramente.
Corte a través de uno de los 40.000 mapas cósmicos posibles.El espacio infinito del universo está lleno de galaxias cuya luz de mil millones de años de edad se puede observar con nuestros telescopios de hoy. Sin embargo, las galaxias no están distribuidos de manera arbitraria. De hecho, las galaxias marcan los contornos de una red cósmica gigantesca. Esta red, formada por una misteriosa materia oscura invisible, se formó a través de toda la historia cósmica por la interacción de muchos fenómenos físicos.
El origen de estas estructuras observadas se encuentra en las fluctuaciones cuánticas microscópicas que se produjeron durante las fracciones de segundo iniciales del Universo. Durante los siguientes 14 millones de años, sobre todo, la gravedad formó estas fluctuaciones iniciales en la red cósmica observada hoy en día.
La medición exacta y la cartografía de estas estructuras cósmicas nos permite profundizar en las fases tempranas del Universo poco después del Big Bang, cuando el espacio todavía estaba lleno de plasma caliente y no existían estrellas ni galaxias. Además, los análisis de esta estructura van a arrojar luz sobre las propiedades de la materia cósmica, la gravedad y la formación de galaxias, así como las propiedades geométricas del espacio y el tiempo del Universo. Estos mapas cósmicos, además, permiten la predicción de una variedad de efectos observacionales, que pueden ser comparado con las mediciones reales y se utiliza para poner a prueba nuestra comprensión del espacio, el tiempo y la materia.
Sin embargo, a diferencia de los marineros y descubridores en el pasado, que exploraron los contornos de los continentes con sus barcos, hoy podemos trazar un mapa de las estructuras en el Universo sólo a través de nuestros telescopios en la Tierra. Desafortunadamente, cada observación o medición de la distribución de las galaxias está siempre sujeta a una serie de incertidumbres de observación. En particular, cada vez menos galaxias débiles se detectan al aumentar la distancia de la Tierra. En consecuencia, con la distancia cada vez mayor, también la información sobre la estructura cósmica desaparece en la niebla de la incertidumbre. Por lo tanto, en distancias grandes o regiones pobremente observadas, las estructuras cósmicas aparecen borrosas y sus contornos sólo pueden ser estimados.
Por lo tanto, un mapa de utilidad científica del Universo debe, además de darnos una descripción de la estructura cósmica, hacer declaraciones sobre su verosimilitud. Aquí, la verosimilitud se cuantifica -según el matemático Bayes- usando una probabilidad, que expresa con que exactitud se puede identificar la red cósmica.
La generación de estos mapas requiere el muestreo de espacios de dimensiones muy altas y ha sido computacionalmente inviable hasta ahora. Por esta razón, Jens Jasche, del Instituto Max Planck de Astrofísica, desarrolló el algoritmo para computadora Hades (Hamiltoniano de Estimación de Densidad y Toma de Muestras). Este algoritmo permite ahora el análisis y la evaluación de estructuras tridimensionales cósmica.
HADES proporciona no sólo un mapa único del Universo, también genera un conjunto completo de mapas diferentes. En promedio, estos mapas representan los mismos datos de observación, pero difieren en todo lo demás. Cada uno de estos mapas por lo tanto, muestra un universo posible, que es compatible con los datos observacionales. Las estructuras que están presentes en todos los mapas son más creíbles que las que se pueden encontrar sólo en algunos mapas. Este conjunto de mapas por lo tanto proporciona información acerca de la credibilidad de todas las estructuras mapeadas, que es esencial para su posterior análisis científico.
Con base en este método, un equipo internacional de investigadores, integrado por científicos del Instituto Max Planck de Astrofísica en Alemania y la Scuola Normale Superiore di Pisa en Italia, ha determinado la representación más exacta de nuestro entorno cósmico de los datos de la galaxia del Relevamiento Digital Sloan del Cielo. El análisis comprende un volumen cúbico de más de 2,1 millones de años luz y se refleja en la calidad asombrosa de la red cósmica. a gran escala. Como se predijo mediante simulaciones, esta red se compone de muchas estructuras filamentosas y grandes regiones vacías.
En general, los científicos generaron alrededor de 40.000 de esos universos posibles, y produjeron tres Tera bytes de datos. Esto les permite juzgar la credibilidad de las estructuras de detectar y determinar los límites de confianza con precisión. El material cartográfico cósmico obtenido permite ahora un análisis detallado de la galaxia y la formación de su estructura y la predicción de una variedad de efectos físicos, que pueden ser medidos y comprobados por la misión del satélite Planck Surveyor o el interferómetro de radio LOFAR.
Futuras observaciones de la distribución de las galaxias permitirán mucho más grandes y más detallados mapas cósmicos. Entonces, el equipo de científicos del Instituto Max Planck estarán preparado para empujar los límites del Universo conocido más lejos en la profundidad del espacio.
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