Red Cósmica

De la red cósmica

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Miden las variaciones a pequeña escala de la red cósmica usando cuásares dobles raros

por Amelia Ortiz · Publicada 28 abril, 2017 ·
28/4/2017 de Max Planck Institute for Astronomy / Science


Representación esquemática de la técnica utilizada para estudiar la estructura a pequeña escala de la red cósmica utilizando la luz de raras parejas de cuásares. Los espectros contienen información sobre el gas hidrógeno que la luz ha encontrado, así como la distancia a dicho gas. Crédito: Springel et al. (2005) (red cósmica) / J. Neidel, MPIA.

Los astrónomos piensan que la materia se distribuyen en el espacio intergaláctico formando una vasta red de estructuras filamentarias interconectadas conocida como la red cósmica. Casi todos los átomos del Universo residen en esta red, material que quedó después del Big Bang. Ahora un equipo de investigadores dirigido por el Instituto Max Planck de Astronomía ha medido por primera vez las fluctuaciones a pequeña escala de la red cósmica sólo 2 mil millones de años después del Big Bang. Estas medidas han sido posibles gracias a una técnica novedosa en la que se usan parejas de cuásares para explorar la red cósmica a lo largo de líneas visuales adyacentes, próximas entre sí. Prometen que esto ayudará a los astrónomos a reconstruir uno de los primeros capítulos de la historia cósmica conocido con el nombre de reionización.

Las grandes regiones de espacio que existen entre las galaxias contienen sólo unos pocos átomos por metro cúbico, una difusa bruma de gas de hidrógeno resultante del Big Bang. Observado a grandes escalas, ese material difuso contiene, sin embargo, la mayoría de los átomos del Universo y constituye la red cósmica, cuyos filamentos retorcidos tienen longitudes de miles de millones de años.

Ahora un equipo de científicos ha realizado las primeras medidas de las variaciones a pequeña escala en este gas hidrógeno primigenio. Aunque las regiones de la red cósmica que estudiaron se encuentra a casi 11 mil millones de años luz de distancia, pudieron medir cambios en su estructura a escalas cientos de miles de veces más pequeñas, comparables al tamaño de una sola galaxia.

El gas intergaláctico es tan tenue que no emite luz propia. Los astrónomos lo observan indirectamente estudiando cómo absorbe de manera selectiva la luz que procede de fuentes luminosas muy lejanas llamadas cuásares. Para ello identificaron parejas extremadamente raras de cuásares que se encuentran uno junto al otro en el cielo, y midieron las sutiles diferencias en la absorción de la luz por parte de los átomos intergalácticos a lo largo de las dos líneas visuales. Comparando los resultados con lo predicho por modelos en supercomputadoras que simulan la formación de las estructuras cósmicas desde el Big Bang hasta el presente comprobaron que las observaciones concuerdan con el paradigma establecido en lo relativo a la formación de estructuras cósmicas.

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Red cósmica

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Ambientes cósmicos y su influencia en la formación de estrellas

por Amelia Ortiz · 8 Marzo, 2017
8/3/2017 de University of California Riverside / The Astrophysical Journal


Simulaciones de la red cósmica. Se muestran los filamentos que conectan estructuras entre sí. Estas estructuras son predichas por simulaciones numéricas de la distribución de materia en el Universo en épocas diferentes a lo largo de la historia del Universo. Crédito: simulación de Illustris.

El entramado que sujeta la estructura a gran escala del Universo está constituido por galaxias, materia oscura y gas organizados en redes complejas conocidas como la red cósmica. Esta red incluye regiones densas conocidas como cúmulos y grupos de galaxias entretejidos entre sí por estructuras como hilos llamadas filamentos. Estos filamentos constituyen la espina dorsal de la red cósmica y albergan una gran fracción de la masa del Universo y los lugares de actividad de formación estelar. Aunque hay muchas pruebas de que los ambientes influyen y dirigen la evolución de las galaxias, no está claro cómo se comportan estas galaxias en escalas mayores como la de la red cósmica global, y en particular en el ambiente todavía más extenso de los filamentos.

Ahora en una colaboración conjunta entre el Instituto de Tecnología de California y la Universidad de California en Riverside, los astrónomos han realizado un exhaustivo estudio de las propiedades de las galaxias dentro de los filamentos formadas en diferentes épocas de la historia del Universo. Utilizaron una muestra de 40 000 galaxias del campos de COSMOS, una gran región continua del cielo con datos suficientemente profundos como para ver galaxias muy lejanas y con medidas de distancia precisas a galaxias individuales. La gran área cubierta por COSMOS permitió tomar muestra de volúmenes con densidades diferentes dentro de la red cósmica.

Utilizando técnicas desarrolladas para identificar estructuras de gran escala, catalogaron la red cósmica en sus componentes: cúmulos, filamentos y regiones vacías, llegando hasta distancias correspondientes a hace 8 mil millones de años. Las galaxias fueron entonces divididas en aquéllas que son centrales en su entorno (el centro de gravedad) y las que vagan alrededor de sus entornos (las satélites). Los investigadores midieron la actividad de formación de estrellas en galaxias situadas en diferentes ambientes.

“Fue tranquilizador descubrir que la actividad promedio de formación estelar declinaba desde las regiones poco pobladas de la red cósmica hacia filamentos más poblados y los cúmulos densos”, comenta Bahram Mobasher (UC Riverside). “Sin embargo, los sorprendente fue que el declive es especialmente brusco en el caso de las galaxias satélite”. Y enfatiza: “La conclusión inevitable de esto fue que la mayoría de las galaxias satélite dejaron de formar estrellas relativamente rápido durante los últimos 5 mil millones de años, cuando cayeron por los filamentos en los ambientes densos de los cúmulos, mientras que este proceso es mucho más lento para las galaxias centrales”.

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La red cósmica del universo lejano

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Trazando la red cósmica con galaxias formadoras de estrellas en el Universo lejano
1/2/2017 de Subaru Telescope / The Astrophysical Journal

Imagen del cúmulo de galaxias observado por Subaru. Los contornos muestran la distribución de masa. Los círculos rojos y azules marcan galaxias que dejaron de formar estrellas y las que todavía lo hacen, respectivamente. Los investigadores pudieron estudiar la evolución de las estructuras de gran escala en el Universo comparando la distribución de masa en el Universo y la distribución de las galaxias. Crédito: Hiroshima University/NAOJ.
Imagen del cúmulo de galaxias observado por Subaru. Los contornos muestran la distribución de masa. Los círculos rojos y azules marcan galaxias que dejaron de formar estrellas y las que todavía lo hacen, respectivamente. Los investigadores pudieron estudiar la evolución de las estructuras de gran escala en el Universo comparando la distribución de masa en el Universo y la distribución de las galaxias. Crédito: Hiroshima University/NAOJ.

Un grupo de investigadores dirigido por la Universidad de Hiroshima ha publicado una imagen de galaxias masivas formadoras de estrellas en el Universo lejano, cuyo número sigue aumentando. Estas galaxias, que vemos tal como eran hace unos 5 mil millones de años, trazan la estructura a gran escala del Universo. En el Universo cercano, hace unos 3 mil millones de años, las galaxias masivas con formación de estrellas no son evidentes. Este cambio en el modo en que las galaxias trazan la distribución de materia está de acuerdo con la teoría de evolución de las galaxias establecida por otros estudios independientes de este.

Las galaxias trazan patrones en el Universo a escalas muy grandes; existen grandes regiones vacías (llamadas “vacíos”) y regiones densas donde residen las galaxias. Esta distribución es lo que se llama red cósmica. Las concentraciones de galaxias más masivas son los cúmulos. La formación de la red cósmica está gobernada por la acción de la gravedad de la misteriosa “materia oscura” invisible que existe por todo el Universo. El material bariónico normal que vemos cae hacia los halos de materia oscura y forma las galaxias. La acción de la gravedad a lo largo de 14 mil millones de años de historia del Universo hace que los halos se junten. Las posiciones de las galaxias o cúmulos en esta enorme red cósmica pone a prueba nuestro conocimiento sobre el modo en que se forman las estructuras en el Universo.

Las observaciones cada vez más profundas y extensas con telescopios como Subaru proporcionan una imagen más clara del modo en que las galaxias evolucionan enla red cósmica. Por supuesto, no podemos ver directamente la materia oscura. Pero podemos utilizar las galaxias que sí vemos para trazar la materia oscura. También es posible emplear el modo en que la gravedad de los cúmulos de galaxias distorsiona las imágenes de las galaxias más lejanas, el llamada efecto de lente gravitatoria débil, como otro trazador.

El grupo de Hiroshima combinó ambos trazadores, utilizando observaciones del telescopio Subaru y medidas espectroscópicas de 12000 galaxias con el telescopio MMT de 6.5 m. Los mapas obtenidos con los dos métodos muestran picos en la distribución de la materia y grandes regiones vacías, similares en ambos. En otras palabras, la distribución de la materia trazada por las galaxias cercanas observadas con el MMT y la observada con las galaxias que funcionan como lentes gravitatorias débiles es similar. Se trata de dos imágenes complementarias de la red cósmica en esta zona del Universo.

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Actualizado ( Miércoles, 01 de Febrero de 2017 10:58 )  http://observatori.uv.es/index.php?option=com_content&view=article&id=8130%3Atrazando-la-red-cosmica-con-galaxias-formadoras-de-estrellas-en-el-universo-lejano&catid=52%3Anoticosmos&Itemid=74&lang=es

Dominados por la materia que no vemos

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Los agujeros negros destierran materia a los vacíos cósmicos
26/2/2016 de  Royal Astronomical Society / Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

A slab cut from the cube generated by the Illustris simulation. It shows the distribution of dark matter, with a width and height of 350 million light-years and a thickness of 300000 light years. Galaxies are found in the small, white, high-density dots. Credit: Markus Haider / Illustris collaboration. Click for a full size image

Un corte del cubo generado por la simulación Illustris. Muestra la distribución de la materia oscura con una altura y una anchura de 350 millones de años luz  y una profundidad de 300 000 años luz. Las galaxias se encuentran en los pequeños puntos blancos de alta densidad. Crédito: Markus Haider / Colaboración Illustris.

 

Vivimos en un Universo dominado por materia que no vemos y, a las escalas más grandes, las galaxias y todo lo que contienen está concentrado en filamentos que se extienden bordeando enormes vacíos. Aunque se pensaba que efectivamente están casi vacíos, un grupo de astrónomos de Austria, Alemania y los Estados Unidos piensa ahora que estos agujeros oscuros podrían contener hasta el 20% de la materia “normal” del cosmos y que las galaxias constituirían sólo el 1/500 del volumen del Universo.

Observando la radiación del fondo cósmico de microondas, los satélites modernos como COBE, WMPA y Planck han refinado gradualmente nuestros conocimientos acerca de la composición del Universo y las medidas más recientes sugieren que consiste en un 4.9% de materia normal (es decir, la materia que constituye las estrellas, planetas, gas y polvo) o ‘bariones’, mientras que el 26.8% es la misteriosa materia oscura y el 68.3% es la todavía más misteriosa energía oscura.

Complementando estas misiones espaciales, los observatorios en tierra han cartografiado las posiciones de las galaxias e, indirectamente, su materia oscura asociada, en grandes volúmenes del Universo, demostrando que están  distribuidas a lo largo de filamentos que componen la llamada red cósmica. El  Dr. Markus Haider y su equipo han investigado esto con más detalle, usando datos del proyecto Illustris, una gran simulación por computadora de la evolución y formación de las galaxias, para medir la masa y el volumen de estos filamentos y de las galaxias que contienen.

Illustris simula un cubo de espacio del Universo de unos 350 millones de años luz de lado. En los datos obtenidos en la simulación el equipo de Haider descubrió que una sorprendente fracción de materia normal (un 20%) probablemente ha sido transportada a los vacíos. Los culpables parecen ser los agujeros negros supermasivos que se encuentran en los centros de las galaxias. Parte de la materia que cae dentro de ellos es convertida en energía. Esta energía llega al gas de los alrededores y produce grandes fugas de materia, que se extienden cientos de miles de años luz más allá de los agujeros negros, alcanzando mucho más lejos que la extensión de sus galaxias.

Además de rellenar los vacíos con más materia de lo que se pensaba, el resultado podría ayudar a explicar el problema de los “bariones perdidos”, ya que los astrónomos no ven la cantidad de materia normal que predicen sus modelos. Según este estudio, una gran parte de ella podría estar escondida en los vacíos.

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Actualizado ( Viernes, 26 de Febrero de 2016 11:15 )   http://observatori.uv.es/index.php?option=com_content&view=article&id=7254%3Alos-agujeros-negros-destierran-materia-a-los-vacios-cosmicos&catid=52%3Anoticosmos&Itemid=74&lang=es

El Universo de que está hecho?

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¿De qué está hecho el Universo?
3/12/2015 de Université de Genève / Nature

 

Résultat d’une simulation numérique montrant la distribution de matière à grande échelle, avec des filaments et des noeuds. Crédit: V.Springel, Max-Planck Institut für Astrophysik, Garching bei München.

Resultado de una simulación numérica que muestra la distribución de materia a gran escala, con los filamentos y los nudos. Crédito: V.Springel, Max-Planck Institut für Astrophysik, Garching bei München.
 

La materia llamada ordinaria, de la que está compuesto todo lo que conocemos, corresponde sólo al 5% del Universo. Aproximadamente la mitad de este porcentaje no ha sido todavía detectado. Las simulaciones numéricas hacen posible predecir que el resto de esta materia ordinaria debería de estar en las estructuras de gran escala que forman la “red cósmica” a temperaturas entre 100 000 y 10 millones de grados. Un equipo de investigadores ha observado directamente este fenómeno. La investigación muestra que la mayor parte de la materia ordinaria que falta se encuentra en forma de gas muy caliente asociado a filamentos intergalácticos.

El cúmulo de galaxias objeto de este estudio, Abell 2744, es un cúmulo masivo con una compleja distribución de materia luminosa y oscura en su centro. Los astrónomos lo han observado con el satélite XMM-Newton de ESA, que es capaz de detectar la señal de gas muy caliente debido a su sensibilidad frente a los rayos X.

Los sondeos de galaxias a gran escala muestran que la distribución de la materia ordinaria en el Universo no es homogénea. Por el contrario, bajo la acción de la gravedad, la materia se concentra en estructuras filamentarias formando una red de nudos y enlaces llamado la “red cósmica”. Las regiones que experimentan  la fuerza gravitatoria mayor colapsan y forman los nudos de la red, como Abell 2744. Estos nudos se conectan unos con otros con filamentos, en cuyo interior los astrónomos han detectado la presencia de gas y, por consiguiente, de los bariones perdidos.

Los astrofísicos apuntaron XMM en la dirección de las áreas donde sospechaban encontrar filamentos y por tanto, la presencia de estructuras de gas caliente a 10 millones de grados. Así, por primera vez han podido medir la temperatura y densidad de estos objetos, encontrando que se correspondían con las predichas por los modelos numéricos. Gracias a eso, ahora tenemos una idea de la forma que ha tomado la materia ordinaria que falta.

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 Actualizado:  http://observatori.uv.es/index.php?option=com_content&view=article&id=7007%3Aide-que-esta-hecho-el-universo&catid=52%3Anoticosmos&Itemid=74&lang=es