& # 039; Elegante & # 039; la solución revela cómo el universo obtuvo su estructura

El universo está lleno de miles de millones de galaxias, pero su distribución en el espacio está lejos de ser uniforme. ¿Por qué vemos tanta estructura en el universo hoy y cómo se formó y creció todo?
Una encuesta de diez años de decenas de miles de galaxias realizadas con el Telescopio Magellan Baade en el Observatorio Las Campanas de Carnegie en Chile proporcionó un nuevo enfoque para responder a este misterio fundamental. Los resultados, liderados por Daniel Kelson de Carnegie, se publican en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
"¿Cómo describirías lo indescriptible?" pregunta Kelson "Al adoptar un enfoque completamente nuevo del problema".
"Nuestra táctica proporciona nuevas e intuitivas ideas sobre cómo la gravedad impulsó el crecimiento de la estructura desde los primeros tiempos del universo", dijo el coautor Andrew Benson. "Esta es una prueba directa basada en la observación de uno de los pilares de la cosmología".
La Encuesta Redshift Carnegie-Spitzer-IMACS fue diseñada para estudiar la relación entre el crecimiento de galaxias y el medio ambiente circundante durante los últimos 9 mil millones de años, cuando se definieron las apariencias de las galaxias modernas.
Las primeras galaxias se formaron unos pocos cientos de millones de años después del Big Bang, que comenzó el universo como una sopa caliente y turbia de partículas extremadamente energéticas. A medida que este material se expandió hacia afuera desde la explosión inicial, se enfrió y las partículas se unieron en gas de hidrógeno neutro. Algunos parches eran más densos que otros y, finalmente, su gravedad superó la trayectoria externa del universo y el material colapsó hacia adentro, formando los primeros grupos de estructura en el cosmos.

Las diferencias de densidad que permitieron que se formaran estructuras grandes y pequeñas en algunos lugares y no en otros han sido un tema de fascinación de larga data. Pero hasta ahora, las habilidades de los astrónomos para modelar cómo creció la estructura en el universo en los últimos 13 mil millones de años enfrentaron limitaciones matemáticas.
"Las interacciones gravitacionales que ocurren entre todas las partículas en el universo son demasiado complejas para explicarlas con matemáticas simples", dijo Benson.
Entonces, los astrónomos usaron aproximaciones matemáticas, lo que comprometió la precisión de sus modelos, o grandes simulaciones por computadora que modelan numéricamente todas las interacciones entre galaxias, pero no todas las interacciones que ocurren entre todas las partículas, lo que se consideró demasiado complicado.
"Un objetivo clave de nuestra encuesta fue contar la masa presente en las estrellas encontradas en una enorme selección de galaxias distantes y luego usar esta información para formular un nuevo enfoque para comprender cómo se formó la estructura en el universo", explicó Kelson.
El equipo de investigación, que también incluía a Louis Abramson, Shannon Patel, Stephen Shectman, Alan Dressler, Patrick McCarthy y John S. Mulchaey de Carnegie, así como Rik Williams, ahora de Uber Technologies, demostró por primera vez que el crecimiento de protoestructuras individuales pueden calcularse y luego promediarse sobre todo el espacio.

Hacer esto reveló que los grupos más densos crecieron más rápido, y los grupos menos densos crecieron más lentamente.
Luego pudieron trabajar hacia atrás y determinar las distribuciones originales y las tasas de crecimiento de las fluctuaciones de densidad, que eventualmente se convertirían en las estructuras a gran escala que determinaron las distribuciones de galaxias que vemos hoy.
En esencia, su trabajo proporcionó una descripción simple pero precisa de por qué y cómo las fluctuaciones de densidad crecen de la manera en que lo hacen en el universo real, así como en el trabajo basado en computación que sustenta nuestra comprensión de la infancia del universo.
"Y es tan simple, con una verdadera elegancia", agregó Kelson.
Los hallazgos no habrían sido posibles sin la asignación de un número extraordinario de noches de observación en Las Campanas.
"Muchas instituciones no habrían tenido la capacidad de asumir un proyecto de este alcance por sí mismas", dijo el Director de Observatorios John Mulchaey. "Pero gracias a nuestros telescopios Magellan, pudimos ejecutar esta encuesta y crear este enfoque novedoso para responder una pregunta clásica".
"Si bien no hay duda de que este proyecto requirió los recursos de una institución como Carnegie, nuestro trabajo tampoco podría haber sucedido sin la enorme cantidad de imágenes infrarrojas adicionales que pudimos obtener en Kitt Peak y Cerro Tololo, que son parte de el Laboratorio Nacional de Investigación de Astronomía Infrarroja Óptica de la NSF ", agregó Kelson.