Un equipo de la Universidad Ludwig Maximilian (LMU) ha proporcionado un modelo para revelar qué dice el color de una galaxia sobre su distancia, que se utilizará para medir estructuras cósmicas.
Nuestro universo tiene alrededor de 13.800 millones de años. A lo largo de la inmensidad de este tiempo, las más pequeñas asimetrías iniciales han crecido hasta convertirse en estructuras a gran escala que podemos ver a través de nuestros telescopios en el cielo nocturno: galaxias como nuestra propia Vía Láctea, cúmulos de galaxias e incluso agregaciones más grandes de materia o filamentos. de gas y polvo.
La rapidez con la que se produzca este crecimiento depende, al menos en el universo actual, de una especie de lucha entre fuerzas naturales: ¿puede la materia oscura, que mantiene todo unido mediante su gravedad y atrae materia adicional, defenderse de la energía oscura, que empuja el ¿El universo está cada vez más separado?
«Si podemos medir con precisión las estructuras del cielo, entonces podremos observar esta lucha», afirma el astrofísico de la LMU Daniel Grün.
Aquí es donde entran en juego los proyectos de observación telescópica, que capturan en imágenes grandes franjas del cielo con gran precisión. Por ejemplo, está el Dark Energy Survey con el telescopio Blanco en Chile y el satélite Euclid, recientemente encargado. Los científicos de la LMU han estado involucrados en ambos proyectos, incluso en roles de liderazgo, durante años.
El conjunto de datos más grande evaluado hasta la fecha
Aunque no siempre es fácil determinar con precisión las distancias de estructuras individuales y galaxias a nosotros, es de vital importancia. Al fin y al cabo, cuanto más lejos está una galaxia, más tiempo lleva su luz viajando hasta nosotros, por lo que la instantánea del universo revelada por su observación es más antigua. Una fuente importante de información es el color observado de una galaxia, que se mide con telescopios terrestres como Blanco o satélites como Euclid.
Un nuevo estudio realizado por un equipo dirigido por Jamie McCullough y Daniel Grün, que se ha publicado en la revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, ha analizado el conjunto de datos más grande hasta la fecha y arroja luz sobre lo que realmente dice el color de varias galaxias sobre sus verdadera distancia.
En principio, la distancia a una galaxia se puede determinar con precisión mediante espectroscopia. Se trata de medir las líneas espectrales de galaxias distantes. A medida que el universo en su conjunto se expande, estas parecen tener una longitud de onda más larga cuanto más lejos de nosotros se encuentra una galaxia. Esto se debe a que las ondas de luz de galaxias distantes se extienden en el largo viaje hacia nosotros.
Este efecto, conocido como corrimiento al rojo, también cambia los colores aparentes que miden los instrumentos en la imagen de la galaxia. Parecen más rojos de lo que son en realidad. Esto es similar al efecto Doppler que escuchamos en el tono aparente de la sirena de una ambulancia cuando pasa a nuestro lado y se aleja.
No hay dos galaxias iguales
Jamie McCullough es investigador doctoral en LMU y en la Universidad de Stanford. Para su análisis, utilizó mediciones espectroscópicas del Instrumento Espectroscópico de Energía Oscura (DESI) junto con el conjunto de datos más grande hasta la fecha para la medición precisa de los colores de las galaxias (KiDS-VIKING).
Específicamente, los autores combinaron datos espectroscópicos de DESI de un total de 230.000 galaxias con los colores de estas galaxias en el estudio KiDS-VIKING y utilizaron esta información para determinar la relación entre la distancia de una galaxia a nosotros y su color y brillo observados. No hay dos galaxias en el universo iguales, pero para cada clase de galaxias similares, existe una relación especial entre el color observado y el corrimiento al rojo.
«Si podemos combinar información sobre distancias con mediciones de la forma de las galaxias, podemos deducir estructuras a gran escala a partir de las distorsiones de la luz», afirma Jamie McCullough.
Los resultados del estudio permiten determinar estadísticamente la distancia real de cada galaxia observada en imágenes tomadas por Euclid o el Dark Energy Survey.
Al analizar las distorsiones observadas en las imágenes de las galaxias, los científicos podrán aprender algo sobre el comportamiento de las estructuras cósmicas hoy y hace miles de millones de años y comprenderlas mejor. Esto arrojará conocimientos sobre la historia evolutiva del universo.
Para poder observar el curso de la formación de estructuras a lo largo del tiempo, no es necesario esperar miles de millones de años; basta con medir la estructura a varias distancias de la Tierra. Solo con imágenes, esto es casi imposible, ya que no se puede saber simplemente la distancia de una galaxia a la nuestra a partir de su apariencia en una imagen.
El estudio de Jamie McCullough contiene la clave de este problema al proporcionar un modelo de lo que el «color» aparente de una galaxia nos dice sobre su distancia a nosotros.
Observando cómo luchan la materia oscura y la energía oscura
El objetivo principal de esta observación y distribución precisa de galaxias a distintas distancias es obtener información sobre la gran lucha entre las fuerzas naturales de la materia oscura y la energía oscura.
«Para ver realmente lo que está pasando, hay que poder observar las rondas individuales de este partido», dice Grün. Esto se debe a que la energía oscura está preparada para alcanzar y potencialmente detener por completo la formación de mayores acumulaciones de masa en el universo.
«Sólo entonces entenderemos qué son realmente la materia y la energía oscuras y cuál de ellas prevalecerá en última instancia».
Con información de Monthly Notices of the Royal Astronomical Society
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