18 de agosto de 2008

Los vacíos cósmicos quedaron así por la gravedad

Imagen: M. Blanton & SDSS

El mayor mapa tridimensional del Universo muestra que las galaxias se encuentran en filamentosos supercúmulos entrelazados por zonas de gran vacío, vacíos cósmicos de decenas de millones de años luz de tamaño que contienen pocas o ninguna galaxia brillante. Los investigadores que analizaron los dos mayores mapas, el del relevamiento digital del cielo Sloan SDSS-II y el del relevamiento de desplazamientos al rojo de galaxias de campo de grados 2dFGRS, han llegado a la conclusión que estos huecos también han perdido sus "halos" de materia oscura invisible dentro de los cuales residen las galaxias brillantes.

"Los astrónomos se han preguntado durante un cuarto de siglo si estos huecos eran 'demasiado grandes' o 'demasiado vacíos' para ser explicados únicamente por la gravedad", dijo el investigador de la Universidad de Chicago Jeremy Tinker, que lideró el nuevo estudio. "Nuestro análisis muestra que los huecos en estos relevamientos son exactamente tan grandes y vacíos como estaba previsto por la teoría 'estándar' del Universo."

Tinker presentó hoy sus conclusiones en un simposio internacional en Chicago, titulado "El relevamiento digital del cielo Sloan: de los Asteroides a la Cosmología". Un trabajo detallando el análisis se publicará en la edición del 1 de septiembre de 2008 del The Astrophysical Journal, bajo el título "Void Statistics in Large Galaxy Redshift Surveys: Does Halo Occupation of Field Galaxies Depend on Environment?"

Un elemento central de la teoría cosmológica estándar, explicó Tinker, es la materia oscura fría, que ejerce la gravedad, pero no emite luz, y que representa más del 80 por ciento de la masa del Universo. La materia oscura estaba suavemente distribuida en el Universo temprano, pero con el tiempo, la gravedad la estiró en filamentos y en bollos y generó espacios vacíos entre ellos. Las galaxias se formaron cuando el hidrógeno y el helio gaseosos cayeron en la materia oscura colapsando dentro de los bollos, referidos como "halos", donde pudieron formar estrellas luminosas.

"Queríamos ver si algo extraño está sucediendo en los halos de materia oscura en las regiones donde no vemos galaxias", dijo el miembro del equipo de David Weinberg de la Universidad del Estado de Ohio. "Quizás los halos están allí, pero simplemente no logran formar estrellas. Luego los huecos se ven más vacíos de lo que realmente están, porque no tienen nada que nuestros telescopios puedan ver."

Para abordar esta cuestión, los investigadores determinaron primero la relación entre las galaxias y los halos de materia oscura comparando con la acumulación de galaxias en las regiones densas - la telaraña de supercúmulos filamentosos que entrecruza la red de burbujas vacías y túneles. Con esta relación, utilizaron algunas de las mayores simulaciones por supercomputadora del mundo para predecir el número y tamaño de los huecos.

El estudiante graduado de la Universidad de Princeton, Charlie Conroy, midió el tamaño de los huecos en mapas del SDSS-II. "Cuando utilizamos galaxias más brillantes que la Vía Láctea para trazar la estructura, los mayores huecos vacíos que encontramos eran de alrededor de 75 millones de años luz de ancho," dijo Conroy. "Y las predicciones de las simulaciones se contraponían".

El tamaño de los huecos, en último caso, puede ser establecido, explicó Conroy, por las pequeñas variaciones en la distribución primordial de la materia oscura, y por el tiempo en que la gravedad ha tenido que hacer crecer estas pequeñas variaciones en grandes estructuras. Si bien los estudios de la década de 1990 mostraron que la gravedad puede crear grandes regiones de baja densidad de materia, el nuevo análisis muestra que estas regiones deben ser verdaderamente vacías de galaxias brillantes y de halos suficiente masivos como para darles acogida, y que los tamaños que la teoría predice acuerdan precisamente con las observaciones.

El acuerdo entre las simulaciones cosmológicas y las mediciones se mantiene por separado para galaxias rojas y azules, dijo Tinker. "Las galaxias rojas están hechas de estrellas viejas, mientras que mucha de la luz en las galaxias azules proviene de estrellas jóvenes", explicó. "Halos de una determinada masa parecen formar galaxias similares, tanto en número de estrellas y como en las edades de esas estrellas, independientemente del lugar donde vivan los halos".

"Las galaxias de los huecos son diferentes a las galaxias típicas de las de las partes más densas del Universo", dijo Michael Vogeley astrónomo de la Universidad Drexel, que no participó en este estudio, pero que ha liderado investigaciones anteriores de huecos en el SDSS y 2dFGRS. "Las galaxias de los huecos son más tenues y azules, y están formando más estrellas. Sin embargo, estas diferencias pueden surgir debido a que estas vastas zonas rurales extendidas del Universo contienen halos menos masivos que las ciudades y suburbios cósmicos, donde se forma la mayoría de las galaxias."

El SDSS y el SDSS-II han cartografiado la distribución tridimensional de casi un millón de galaxias, en alrededor de una quinta parte del cielo. El mapa de 2dFGRS contiene más de 250000 galaxias sobre un 10 por ciento del cielo. Debido a que los huecos son tan grandes, se requieren enormes mapas como estos para obtener estadísticas precisas sobre sus tamaños y frecuencias.

El SDSS y el 2dFGRS no sondean galaxias muy débiles. Sin embargo, un reciente resultado preliminar de Tinker y Conroy demuestra que el buen acuerdo entre las simulaciones cosmológicas y el vacío de los huecos se extiende a los mapas de la estructura cósmica próxima trazados por estas galaxias "enanas", cuyos halos de materia oscura son cincuenta veces menos masivos que el de la Vía Láctea.

"Mi teoría favorita de los huecos cósmicos", dijo Weinberg, "es una que leí hace mucho tiempo en The Weekly World News: Todo en los huecos fue destruido por alienígenas del espacio durante una gigantesca guerra espacial intergaláctica. La verdadera explicación parece ser mucho más aburrida. Pero más tranquilizadora."

(jg) (mg)

Más información en:
http://www.sdss.org/