Hoy vemos innumerables estrellas y galaxias brillando en el universo, pero ¿cuánta materia hay realmente allí? La pregunta es bastante simple; sin embargo, su respuesta está resultando bastante desconcertante.
Este dilema existe en gran medida porque las observaciones cosmológicas actuales simplemente no están de acuerdo sobre cómo se distribuye la materia en el universo actual.
Podría ser de alguna ayuda una nueva simulación por computadora que rastrea cómo todos los elementos del universo (materia ordinaria, materia oscura y energía oscura) evolucionan de acuerdo con las leyes de la física. Las impresionantes imágenes muestran virtualmente galaxias y cúmulos de galaxias, manifestándose en el universoalimentado por el llamado red cósmica. Esta web es la estructura más grande del universoconstruido con filamentos compuestos tanto de materia normal como de materia bariónica, y materia oscura.
A diferencia de las simulaciones anteriores que sólo consideraban la materia oscura, el nuevo trabajo, llevado a cabo por un proyecto llamado FLAMINGO (abreviatura de Simulaciones de estructuras a gran escala Full-hidro con mapeo de todo el cielo para la interpretación de observaciones de próxima generación), también rastrea la materia ordinaria.
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“Aunque la materia oscura domina la gravedad, no se puede seguir ignorando la contribución de la materia ordinaria”, afirmó en un comunicado Joop Schaye, profesor de la Universidad de Leiden (Países Bajos) y coautor de los tres nuevos estudios del proyecto FLAMINGO. declaración.
En cuanto a cuánta materia contiene realmente el universo, los astrónomos dicen que simulaciones por computadora como esta no son sólo un gran placer para la vista cósmica, sino también sondas importantes para ayudar a precisar la causa de una discrepancia importante en cosmología llamada “tensión S8”. Ése es el debate sobre cómo se distribuye la materia en el cosmos.
¿Cuál es la tensión del S8?
Al investigar el universo, los astrónomos a veces trabajan con lo que se conoce como parámetro S8. Este parámetro básicamente caracteriza cuán “grumosa” o fuertemente agrupada está toda la materia en nuestro universo, y puede medirse con precisión con lo que se conoce como observaciones de bajo corrimiento al rojo. Los astrónomos utilizan corrimiento al rojo para medir qué tan lejos está un objeto de Tierray estudios de bajo corrimiento al rojo como “débil lentes gravitacionales “Las encuestas” pueden iluminar los procesos que se desarrollan en el universo distante y, por lo tanto, más antiguo.
Pero el valor de S8 también se puede predecir utilizando el modelo estandar de cosmología; Los científicos pueden esencialmente ajustar el modelo para que coincida con las propiedades conocidas del fondo cósmico de microondas (CMB), que es la radiación sobrante del Big Bang, y calcular la grumosidad de la materia a partir de ahí.
Entonces, aquí está la cuestión.
Esos experimentos de CMB encuentran un valor S8 más alto que los estudios de lentes gravitacionales débiles. Y los cosmólogos no saben por qué: llaman a esta discrepancia tensión S8.
De hecho, la tensión S8 es una crisis en ciernes en cosmología ligeramente diferente de su famosa prima: Tensión del Hubbleque se refiere a las inconsistencias que enfrentan los científicos al determinar la tasa de expansión del universo.
La razón por la que es tan importante que la nueva simulación del equipo no ofrezca una respuesta a la tensión S8 es que, a diferencia de simulaciones anteriores que sólo consideraban los efectos de la materia oscura en un universo en evolución, el último trabajo también tiene en cuenta los efectos de la materia ordinaria. . A diferencia de la materia oscura, la materia ordinaria se rige por gravedad así como la presión del gas en todo el universo. Por ejemplo, los vientos galácticos impulsados por supernova explosiones y acumulación activa agujeros negros supermasivos Hay procesos cruciales que redistribuyen la materia ordinaria expulsando sus partículas a espacios intergalácticos. espacio.
Sin embargo, ni siquiera la consideración del nuevo trabajo de la materia ordinaria, así como de algunos de los vientos galácticos más extremos, fue suficiente para explicar la débil acumulación de materia observada en el universo actual.
“Aquí estoy perdido”, dijo Schaye a Space.com. “Una posibilidad interesante es que la tensión apunte a deficiencias en el modelo estándar de cosmología, o incluso en el modelo estándar de física”.
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¿Física exótica o un modelo defectuoso?
Entonces, ¿dónde se originó esta tensión del S8?
“No sabemos qué es lo que hace que esto sea tan emocionante”, dijo a Space.com Ian McCarthy, astrofísico teórico de la Universidad John Moores de Liverpool en el Reino Unido y coautor de tres nuevos estudios.
Sin embargo, las simulaciones por ordenador, como las realizadas por FLAMINGO, podrían acercarnos un paso más. Pueden ayudar a revelar la causa de la tensión del S8 porque un gran mapa virtual del cosmos podría ayudar a identificar posibles errores en nuestras mediciones actuales. Por ejemplo, los astrónomos poco a poco están descartando explicaciones más mundanas para el problema, como el hecho de que podría deberse a incertidumbres generales en las observaciones de estructuras a gran escala o estar relacionado con un problema con el propio CMB.
En realidad, especula el equipo, tal vez los efectos de la materia normal sean mucho más fuertes que en las simulaciones actuales. Sin embargo, esto también parece poco probable, ya que las simulaciones concuerdan muy bien con las propiedades observadas de las galaxias y los cúmulos de galaxias.
“Todas estas posibilidades son extremadamente interesantes y tienen importantes implicaciones para la física y la cosmología fundamentales”, dijo McCarthy. La posibilidad más interesante, sin embargo, “es que el modelo estándar sea incorrecto en algún sentido”.
Por ejemplo, la materia oscura podría tener propiedades exóticas de interacción consigo misma que no se consideran en el modelo estándar: la tensión S8 puede estar indicando una ruptura de nuestra teoría de la gravedad en las escalas más grandes, dijo McCarthy.
No obstante, si bien las últimas simulaciones rastrean los efectos de la materia normal y las partículas subatómicas conocidas como neutrinos (ambos resultan importantes para hacer predicciones precisas de cómo evolucionan las galaxias a lo largo de eones) no resolvieron la tensión S8.
Aquí está el mayor problema: con corrimientos al rojo bajos, el universo es significativamente menos grumoso de lo que predice el modelo estándar. Pero las mediciones que exploran las estructuras del universo entre Las mediciones de CMB y de bajo corrimiento al rojo son “totalmente consistentes con las predicciones del modelo estándar”, dijo McCarthy. “Parece que el universo se comportó como se esperaba durante una fracción significativa de la historia cósmica, pero algo cambió más adelante en la historia cósmica”.
Quizás la clave para resolver la tensión del S8 resida en la respuesta a qué impulsó exactamente ese cambio.
Esta investigación es descrito en tres documentos publicado en la revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.