La información oculta en mapas de galaxias distribuidas por el universo pronto podría surgir, gracias a una nueva forma de interrogar los datos que conservan la naturaleza tridimensional de estos mapas.
La información oculta podría ser vital para decirnos si el modelo estándar de la cosmología es correcta, o si hay desviaciones que podrían afectar nuestra comprensión del “universo oscuro”, que comprende materia oscura y energía oscura.
La investigación, dirigida por el astrónomo Minh Nguyen de la Universidad de Tokio, utiliza poderosos algoritmos informáticos que pueden comparar las posiciones relativas de galaxias En un mapa 3D del universo con simulaciones detalladas que representan el crecimiento y el comportamiento de las galaxias y los halos de la materia oscura.
En los viejos tiempos, los astrónomos realizarían encuestas de galaxias al tomar profundas espacio Imágenes en placas fotográficas y luego medir directamente en las placas, en dos dimensiones, la distribución espacial de las galaxias. Intentarían responder preguntas como “¿Qué tan cerca están estas galaxias para sus vecinos?” y “¿Qué tan bien alineados están el uno con el otro?”
En los tiempos modernos, se puede agregar una tercera dimensión a estas encuestas. Todo es gracias a la espectroscopía múltiple, que mide la desplazamiento al rojo de estas galaxias, y de ahí la distancia a ellas en un universo en expansiónen un volumen observado de espacio. Con tales mediciones de distancia galáctica, en realidad es posible crear un mapa tridimensional del universo.
Sin embargo, la potencia de cálculo requerida para analizar estadísticamente estos datos de la galaxia tridimensional es diabólico, por lo que, para la eficiencia, los datos 3D se han comprimido tradicionalmente en lo que se denominan “funciones de correlación de puntos N”, la “n” que se refiere a un número (generalmente dos o tres puntos de datos como se mencionó anteriormente).
Eso está muy bien en la mayoría de los casos, pero también ha habido una sospecha persistente de que comprimir y analizar los datos de esta manera resulta en la pérdida de información, o oculto. Y ahora, utilizando una técnica llamada “Inferencia a nivel de campo” (FLI) en combinación con un conjunto de algoritmos en un marco llamado “campo izquierdo” que modela el crecimiento y la agrupación de la galaxia desde el universo temprano hasta el actual, el equipo de Nguyen ha demostrado que La información vital es en efecto siendo suprimido por la compresión. El equipo ganó el tercer lugar en el Premio de Cosmología Buchalter Para este resultado.
“En la inferencia a nivel de campo, trabajamos directamente con un mapa en 3D de las galaxias”, dijo Nguyen Space.com. El mapa está representado en la computadora por vóxeles, que son como píxeles tridimensionales en una red de red. El FLI muestra en esta red de vóxel cómo predice que la estructura 3D de las galaxias y la materia oscura subyacente deberían parecer de acuerdo con el modelo estándar de cosmología (que describe cómo la estructura a gran escala en el universo evoluciona bajo la influencia de la materia oscura y la oscuridad. energía).
“Con la ayuda de poderosos algoritmos informáticos, FLI tiene como objetivo igualar esas predicciones con la posición de galaxia observada en cada punto de la red 3D”, dijo Nguyen.
Las funciones de N-Point son populares porque aceleran el tiempo de procesamiento y son más eficientes de usar, pero los algoritmos de hoy son lo suficientemente sofisticados como para cerrar la brecha y permitir que se analizaran los datos completos y sin comprimir.
“Afortunadamente, hay algoritmos de computadora modernos que pueden acelerar la exploración o muestreo de este vasto espacio de parámetros”, dijo Nguyen.
Nguyen y sus colegas – Fabian Schmidt, Beatriz Tucci, Martin Reinecke y Andrija Kostić del Instituto Max Planck de Astrofísica en Alemania, inicialmente probaron FLI en mapas simulados de Halos de materia oscuraque son vastas nubes de materia oscura que rodean galaxias y grupos de galaxias. Piense en los halos como el andamio dentro del cual la materia visible se reúne en galaxias. Más recientemente, como parte de “Más allá de la colaboración de dos puntos“Nguyen y Schmidt aplicaron FLI en galaxias simuladas también, con los resultados que pronto se publicarán en la serie Astrophysical Journal Supplement.
Sus resultados muestran un factor de entre tres y cinco mejoras en detalle y precisión en el análisis FLI en comparación con las funciones de correlación de dos y tres puntos. Este detalle adicional indica que hay información que se está ocultando en la antigua forma de hacer las cosas.
¿Y qué puede decirnos esta información oculta hasta ahora? Las estructuras a gran escala en el universo, las grandes cadenas de los grupos de galaxias que abarcan el cosmos, se remontan a las fluctuaciones cuánticas en el Big Bang que condujeron a las densidades excesivas que crecieron bajo gravedad en las galaxias. FLI podría revelar asimetrías en estas fluctuaciones que se han congelado en tiempo en forma de distribución de galaxias, o cómo las anomalías en la evolución gravitacional de las galaxias en el universo más reciente podrían revelar detalles sobre la materia oscura, o de hecho gravedad sí mismo.
Además, “al tener acceso a todo el campo subyacente de la materia oscura asociada con el campo de la galaxia observado, podríamos ser más sensibles a los efectos locales”, dijo Nguyen. “Tales efectos locales se promedian en análisis utilizando funciones de puntos N”.
El siguiente paso es poner a prueba a FLI con datos reales del Instrumento espectroscópico de energía oscura en Observatorio Nacional Kitt Peakel espectrógrafo Subaru Prime Focus y el Agencia Espacial Europea‘s Euclides misión, y en el futuro el Observatorio de Vera C. Rubin Eso debería ver la primera luz a finales de este año en Chile, así como el Nancy Grace Telescopio espacial romano Eso se lanzará en 2027. Todos realizarán encuestas de desplazamiento al rojo de galaxias para ensamblar vastas mapas 3D de distribución galáctica.
Cuando se trata del universo oscuro y cómo ha afectado el crecimiento de las galaxias en estructuras a gran escala en todo el universo, todavía hay mucho de lo que estamos, bueno, en la oscuridad. Pero con FLI, es posible describir la distribución de la materia oscura asociada con las galaxias en el mapa.
“Eso es bastante ordenado, dado que no podemos observar la materia oscura directamente, y es complementaria a los mapas de materia oscura construidas a partir de lente gravitacional“dijo Fabian Schmidt.
En última instancia, el mapeo de Galaxy no se trata solo de describir el universo; En última instancia, podría trazar el camino hacia las revelaciones sobre los orígenes de todo lo que vemos en el cosmos.
La investigación se publicó el 27 de noviembre de 2024 en la revista. Cartas de revisión física.