Sección del mapa 3D construido por BOSS. El rectángulo de la izquierda contiene 120.000 galaxias, que suponen un 10 % del total de las que ha medido BOSS. Cada punto del rectángulo corresponde a la medida espectroscópica de una galaxia, que es la que permite transformar la imagen bidimensional en un mapa tridimensional, extendiendo así nuestra visión del Universo hasta 7.000 millones de años en el pasado, la mitad de la edad estimada del Universo. Crédito de la imagen: Jeremy Tinker/SDSS-III

El mapa 3D de galaxias más preciso avala el modelo cosmológico estándar

Los resultados de BOSS son compatibles con el modelo cosmológico de un universo plano, dominado por una constante cosmológica y con materia oscura fría

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Un equipo de investigadores de la colaboración Sloan Digital Sky Survey III (SDSS-III) ha presentado esta semana los últimos resultados obtenidos a partir del mapa de galaxias que ha elaborado este consorcio con datos recopilados en los siete últimos años. El análisis de los datos lo han llevado a cabo los investigadores del consorcio, entre los cuales participa un equipo del Instituto de Ciencias del Cosmos de la Universidad de Barcelona (ICCUB, IEEC-UB).

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UB / Los resultados presentados esta semana son fruto del trabajo del grupo de galaxias del Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS), uno de los programas de SDSS-III, y recogen las medidas de 1,2 millones de galaxias de más de una cuarta parte del cielo para crear un mapa 3D de la estructura del Universo.

El reto de BOSS ha sido combinar medidas precisas de cómo se agrupan las galaxias en la estructura a gran escala del Universo

El reto de BOSS ha sido combinar medidas precisas de cómo se agrupan las galaxias en la estructura a gran escala del Universo —lo que se conoce como la red cósmica— con un modelado minucioso que ha usado simulaciones cosmológicas. Ello ha permitido abarcar un volumen del Universo observable equivalente a un cubo de 8.500 millones de años luz de lado.

Los resultados se han presentado en un artículo principal y doce artículos de apoyo publicados en el repositorio digital ArXiv y enviados a la revistaMonthly Notices of the Royal Astronomical Society. Entre los setenta firmantes del artículo principal se encuentran Licia Verde, investigadora ICREA del ICCUB (IEEC-UB), y Antonio Cuesta, del mismo instituto, ambos miembros del Instituto de Estudios Espaciales de Cataluña (IEEC), además de investigadores del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) y del Instituto de Física Teórica (UAM-CSIC).

Una de las principales consecuencias de los resultados de BOSS es que restringen de forma muy precisa la historia de la expansión del Universo, lo cual pone límites muy restrictivos a los modelos teóricos de energía oscura alternativos a la constante cosmológica introducida por Einstein.
«De hecho, se ve cómo los resultados de BOSS son compatibles con el modelo cosmológico de un universo plano, dominado por una constante cosmológica y con materia oscura fría, que corresponde al modelo cosmológico estándar desarrollado en los últimos veinte años», explica Licia Verde.

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La escala del Universo

Para lograr obtener este mapa de la red cósmica, BOSS ha sido capaz de establecer una medida de la distancia de las galaxias y los cuásares a escalas cosmológicas, precisando la relación entre la distancia de estos objetos y la expansión del Universo. La luz de las galaxias observadas fue emitida hace entre 2.000 y 7.000 millones de años, lo que cubre aproximadamente la mitad de la historia de la expansión del Universo, cuya edad se estima en unos 13.800 millones de años.

Los datos obtenidos trazan el balance entre gravedad y expansión del Universo durante la fase de expansión acelerada

Los datos obtenidos trazan el balance entre gravedad y expansión del Universo durante la fase de expansión acelerada. Así, el mapa presentado por BOSS permite a los astrónomos medir la tasa de expansión del Universo y determinar de ese modo la cantidad de materia y energía oscura que forman el Universo actual.

Para llevar a cabo este mapa, BOSS ha utilizado una técnica basada en la medida de las denominadas oscilaciones acústicas de bariones (BAO), unas ondas acústicas también llamadas de presión que se propagaban por el Universo primitivo a través de la materia y que han dejado una huella en las pequeñas variaciones de densidad que existían al inicio del cosmos. Estas ondas tienen una longitud conocida que es la que permite medir distancias y deducir así el ritmo de expansión del Universo en el pasado.

«El método de las oscilaciones acústicas de bariones utilizado por BOSS ha quedado establecido como uno de los pilares imprescindibles de la cosmología moderna para entender la historia de la expansión del Universo y la energía oscura», afirma Licia Verde.

La base fundamental de esta técnica es que las galaxias están separadas entre ellas por una distancia característica que los astrónomos denominan escala BAO. La medida primordial de la escala BAO ha sido determinada perfectamente gracias a las observaciones del fondo cósmico de microondas, realizadas por el satélite Planck, que estima la medida de esta escala BAO en 481 millones de años-luz.

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BOSS: construyendo la red cósmica

Otro de los logros principales del artículo publicado en ArXiv ha sido calcular las implicaciones que tienen los datos de BOSS al combinarlos con las medidas del fondo cósmico de microondas del satélite Planck. Los investigadores han analizado, a partir de esta combinación de datos, posibles desviaciones respecto al modelo cosmológico estándar en cuanto a la curvatura del Universo, la energía oscura o la fuerza de la gravedad, y en este caso el resultado ha sido negativo, hecho que refuerza el modelo cosmológico estándar.

Sección del mapa de la estructura a gran escala del Universo obtenido por el programa BOSS del consorcio Sloan Digital Sky Survey III. Cada punto de la imagen indica la posición de una galaxia cuya luz fue emitida hace 6.000 millones de años. Cada color indica la distancia a la Tierra, en un rango que va desde el amarillo para las más cercanas hasta el violeta para las más lejanas. La distribución de las galaxias forma cúmulos, filamentos y vacíos que constituyen lo que se conoce como red cósmica. Crédito de la imagen: Daniel Eisenstein/SDSS-III

Sección del mapa de la estructura a gran escala del Universo obtenido por el programa BOSS del consorcio Sloan Digital Sky Survey III. Cada punto de la imagen indica la posición de una galaxia cuya luz fue emitida hace 6.000 millones de años. Cada color indica la distancia a la Tierra, en un rango que va desde el amarillo para las más cercanas hasta el violeta para las más lejanas. La distribución de las galaxias forma cúmulos, filamentos y vacíos que constituyen lo que se conoce como red cósmica. Crédito de la imagen: Daniel Eisenstein/SDSS-III

Las galaxias analizadas por BOSS llegan a una distancia de unas 20 escalas BAO, mientras que el Universo observable tiene su horizonte en 100 escalas BAO, por lo que las misiones futuras, actualmente en fase de construcción, seguirán buscando estas modificaciones a distancias mayores a las que ha llegado BOSS.

«Pero lo impresionante del experimento BOSS es que hemos podido medir distancias cosmológicas con una precisión del 1 %. Es decir, si todas las galaxias que hemos observado las pudiéramos meter en un cubo de 20 metros de lado, fijándonos solamente en las parejas de galaxias separadas entre sí por 1 metro, hemos conseguido medir las distancias entre ellas con una precisión de centímetros», apunta Antonio Cuesta.

Por otro lado, «gracias a esta combinación de datos, hemos vivido un salto en la calidad de nuestras mediciones de los parámetros cosmológicos, y hemos establecido una base firme para la búsqueda de futuras modificaciones del modelo cosmológico estándar», concluye el investigador del ICCUB (IEEC-UB).

Los investigadores de la Universidad de Barcelona han liderado el cálculo de las funciones de correlación entre las galaxias de BOSS y los catálogos artificiales que simulan los datos observados. Esta función de correlación es precisamente la que determina el número de parejas de galaxias separadas por una cierta distancia.

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Más información:

Nota de prensa de la colaboración Sloan en el enlace

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