'Máquinas de tiempo' recrean el ciclo de cúmulos galácticos ancestrales

Astrónomos han simulado directamente por primera vez el ciclo de vida completo de algunas de las colecciones más grandes de galaxias observadas en el universo distante hace 11 mil millones de años,

Las simulaciones cosmológicas son cruciales para determinar cómo el universo adquirió la forma que tiene hoy, pero muchas no suelen coincidir con lo que los astrónomos observan a través de los telescopios. La mayoría están diseñados para coincidir con el universo real solo en un sentido estadístico. Las simulaciones cosmológicas restringidas, por otro lado, están diseñadas para reproducir directamente las estructuras que realmente observamos; sin embargo, la mayoría de las simulaciones existentes de este tipo se han aplicado a nuestro universo local, es decir, cerca de la Tierra, pero nunca para observaciones del universo distante.

Un equipo de investigadores, dirigido por el investigador del proyecto Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe y el primer autor Metin Ata y el profesor asistente del proyecto Khee-Gan Lee, estaban interesados en estructuras distantes como protocúmulos de galaxias masivas, que son ancestros de los actuales cúmulos de galaxias antes de que pudieran agruparse bajo su propia gravedad. Descubrieron que los estudios actuales de protocúmulos distantes a veces estaban demasiado simplificados, lo que significa que se realizaron con modelos simples y no con simulaciones.

"Queríamos intentar desarrollar una simulación completa del universo distante real para ver cómo comenzaron las estructuras y cómo terminaron", dijo Ata.

Su resultado fue COSTCO (COnstrained Simulations of The COsmos Field), y aparece ahora descrito en Nature Astronomy.

Lee dijo que desarrollar la simulación fue muy parecido a construir una máquina del tiempo. Debido a que la luz del universo distante solo está llegando a la Tierra ahora, las galaxias que los telescopios observan hoy son una instantánea del pasado.

"Es como encontrar una foto antigua en blanco y negro de tu abuelo y crear un video de su vida", dijo.

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En este sentido, los investigadores tomaron instantáneas de las galaxias abuelas "jóvenes" en el universo y luego adelantaron su edad para estudiar cómo se formarían los cúmulos de galaxias. La luz de las galaxias que usaron los investigadores viajó una distancia de 11 mil millones de años luz para llegar a nosotros.

Lo más desafiante fue tener en cuenta el entorno a gran escala.

"Esto es algo que es muy importante para el destino de esas estructuras, ya sea que estén aisladas o asociadas con una estructura más grande. Si no se tiene en cuenta el medio ambiente, se obtienen respuestas completamente diferentes. Pudimos tomar la gran escalar el entorno en cuenta de manera consistente, porque tenemos una simulación completa, y es por eso que nuestra predicción es más estable", dijo Ata.

Otra razón importante por la que los investigadores crearon estas simulaciones fue para probar el modelo estándar de cosmología, que se utiliza para describir la física del universo. Al predecir la masa final y la distribución final de las estructuras en un espacio determinado, los investigadores podrían revelar discrepancias no detectadas previamente en nuestra comprensión actual del universo.

Usando sus simulaciones, los investigadores pudieron encontrar evidencia de tres protocúmulos de galaxias ya publicados y descartar una estructura. Además de eso, pudieron identificar cinco estructuras más que se formaron consistentemente en sus simulaciones. Esto incluye el protosupercúmulo Hyperion, el protosupercúmulo más grande y más antiguo conocido en la actualidad que tiene 5 mil veces la masa de nuestra galaxia, la Vía Láctea, que los investigadores descubrieron que colapsará en un gran filamento de 300 millones de años luz.

Su trabajo ya se está aplicando a otros proyectos, incluidos aquellos para estudiar el entorno cosmológico de las galaxias y las líneas de absorción de cuásares distantes, por nombrar algunos.

Edición: Emilio Gómez