Un nuevo mapa de la materia oscura en el universo arroja más luz sobre varias estructuras filamentosas previamente desconocidas que conectan las galaxias.
El mapa, desarrollado mediante aprendizaje automático por un equipo internacional que incluye a un astrofísico de Penn State, podría permitir estudios sobre la naturaleza de la materia oscura, la historia y el futuro de nuestro universo.
Que es la materia oscura
La materia oscura es una sustancia esquiva que constituye el 80% del universo. También proporciona el "esqueleto" de lo que los cosmólogos llaman el red cósmica, la estructura a gran escala del universo que, con su influencia gravitacional, dicta el movimiento de las galaxias y otros materiales cósmicos.
Sin embargo, actualmente se desconoce la distribución de la materia oscura. Todavía no sabemos cómo medirlo directamente.
Los investigadores infieren su distribución en función de su influencia gravitacional en otros objetos del universo, como las galaxias.
Tan cerca pero tan lejos
Irónicamente, es más fácil estudiar la distribución de la materia oscura mucho más lejos "porque refleja el pasado muy lejano, que es mucho menos complejo", dice. Donghui-jeong, profesor asociado de astronomía y astrofísica en Penn State y autor del estudio.
"Con el tiempo, a medida que la estructura a gran escala del universo ha crecido, la complejidad del universo ha aumentado, por lo que es inherentemente más difícil medir la materia oscura localmente".
Los intentos anteriores de trazar un mapa de la red cósmica comenzaron con un modelo del universo temprano. Luego, se simuló la evolución a lo largo de miles de millones de años a partir de este modelo. Un método computacionalmente exigente, que hasta ahora no ha producido resultados suficientemente detallados.
A la caza de la estructura de las galaxias
En el nuevo estudio, los investigadores adoptaron un enfoque completamente diferente. Con el aprendizaje automático, desarrollaron un modelo que aprovecha la información sobre la distribución y el movimiento de las galaxias para predecir la distribución de la materia oscura.
Los investigadores construyeron y entrenaron su modelo usando un gran conjunto de simulaciones de galaxias, llamado Illustris-TNG, que incluye galaxias, gas, otra materia visible y materia oscura. El equipo seleccionó específicamente galaxias simuladas comparables a las de la Vía Láctea y finalmente identificó qué propiedades de las galaxias son necesarias para predecir la distribución de la materia oscura.
Experiencia simulada
"Cuando se proporciona cierta información, el modelo esencialmente puede llenar los vacíos basándose en lo que ha observado anteriormente", dice Jeong.
“El mapa de nuestros modelos no encaja perfectamente con los datos de simulación, pero aún podemos reconstruir estructuras muy detalladas. Descubrimos que incluir el movimiento de las galaxias, así como su distribución, mejoró drásticamente la calidad del mapa y nos permitió ver más detalles ''.
El mapa resultante de la red cósmica local se publica en un artículo. apareció en línea el 26 de mayo en el Astrophysical Journal.
Cómo se hace el nuevo mapa de galaxias
"Tener un mapa local de la red cósmica abre un nuevo capítulo en el estudio cosmológico", dijo Jeong. “Podemos estudiar cómo se relaciona la distribución de la materia oscura con otros datos de emisión, lo que nos ayudará a comprender la naturaleza de la materia oscura. Y podemos estudiar directamente estas estructuras filamentosas, estos puentes ocultos entre galaxias ”.
Por ejemplo, se ha sugerido que las galaxias Vía Láctea y Andrómeda podrían moverse lentamente una hacia la otra, pero no está claro si podrían colisionar durante muchos miles de millones de años. El estudio de los filamentos de materia oscura que unen las dos galaxias podría proporcionar información importante sobre su futuro.
"Dado que la materia oscura domina la dinámica del universo, básicamente determina nuestro destino", dijo Jeong. “Entonces podemos pedirle a una computadora que desarrolle el mapa durante miles de millones de años para ver qué sucederá en el universo local. Y podemos evolucionar el modelo hacia atrás en el tiempo para comprender la historia de nuestro vecindario cósmico ”.
Los investigadores creen que pueden mejorar la precisión de su mapa agregando más galaxias.
