BOSS ofrece un vistazo por la infancia del Universo

Astronomía. Un nuevo mapa tridimensional del Cosmos nos ofrece un interesante paseo por su pasado y un sugestivo acercamiento con la misteriosa naturaleza de la energía oscura

BOSS planea estudiar 160,000 quásares. De esta impresionante cantidad, 14,000 ya han sido usados para construir un nuevo y asombroso mapa tridimensional del Universo. Se trata del mayor mapa en 3D del Cosmos distante jamás elaborado hasta el momento, un equipo internacional de astrónomos ha conseguido construirlo gracias a observaciones realizadas con las sondas del Cielo Digital Sloan (SDSS-III)  y la Espectroscópica de Oscilaciones Bariónicas (BOSS).

Pero vamos por pasos. Un quásar es el objeto más brillante en el Universo, se trata de masivos agujeros negros en el centro de galaxias que se encuentran a miles de millones de años luz de nosotros. “Lo que hacemos es usar esa enorme brillantez que se desprende de estos distantes objetos para iluminar el gas de hidrógeno que llena el espacio entre el quásar y nosotros. Así, podemos ver sus sombras y los detalles en sus sombras, específicamente lo que llamamos el bosque de Lyman-alpha (que es una línea en el espectro del hidrógeno que marca la onda de luz emitida cuando un electrón de hidrógeno excitado regresa a su estado base, una señal fuerte en la luz de los quásares) que nos deja ver cómo el gas se acumula en ese camino visible para nosotros. Lo más asombroso es que nos permite ver el Universo muy pero muy lejos, tan lejos que a esas distancias medir la posición de galaxias individuales no es práctico”, explica Anže Slosar, del Laboratorio Nacional de Brookhaven y uno de los astrónomos que presentó este gigantesco mapa en la reunión de la Sociedad Física Americana celebrada en abril en Anaheim, California.

Los investigadores nos dicen que es la primera vez que se utiliza la oscilación acústica bariónica como una herramienta precisa para medir la energía oscura. Los bariones, como el protón y el neutrón, conocidas subpartículas que junto al electrón componen el átomo, están compuestos de tres quarks (partículas elementales del universo) y hay muchos de ellos. Tampoco es la primera vez que escuchamos sobre estas oscilaciones acústicas, de hecho, son más viejas que todos nosotros ya que surgen de esa competencia natural que se forma entre la atracción gravitacional y la presión de gas en el plasma primordial, el estado desde donde surgió el Cosmos. Estas oscilaciones dejan una huella en las estructuras de cada época en el pasado del universo lo que ha permitido crear una regla estándar que permite inferir la historia de la expansión del cosmos; expansión que es propulsada por la energía oscura.

“Imaginemos que soltamos una piedra en un estanque en un día sin viento. Una onda circular viajará sobre la superficie del estanque desde el punto de impacto de la piedra hacia afuera. Ahora imagina que el estanque queda instantáneamente congelado, fijando estas pequeñas ondas en la superficie del hielo. Pues bien, de manera análoga, unos 370,000 años después del Big Bang, los electrones y protones del Universo empezaron a combinarse formando hidrógeno, “congelando” las ondas de presión que se crearon cuando el Universo formó las primeras estructuras. Estas ondas de presión se llaman oscilaciones acústicas bariónicas (OAB) y la distancia que viajaron es conocida como horizonte acústico. Esta distancia es el producto de la velocidad del sonido multiplicado por la edad del Universo cuando se congelaron. Así como existe una densidad superior de aire en una onda acústica corriente, hay una mayor acumulación de materia (galaxias) a la distancia marcada por este horizonte. Hoy en día, esta distancia es de unos 450 millones de años luz y proporciona una “regla estándar” fija para la cosmología”, expresa Jason Toupin, del proyecto Dark Energy Survey.

El nuevo mapa demuestra que es posible determinar variaciones en la densidad de gas de hidrógeno intergaláctico a distancias cosmológicas, por ende, es también posible medir los efectos de la energía oscura a esas distancias.

“Lo diferente de nuestro mapa es que ha incluido el estudio de 14,000 quásares, antes se había recolectado medidas similares pero sólo usando un quásar o un grupo de ellos, lo cual sólo permitía información unidimensional sobre las fluctuaciones de la densidad; el aumento en la cantidad de quásares ha hecho posible la visión tridimensional”, explica Slosar.

Esperando a BigBOSS

Ciertamente, la escala de distancia del nuevo mapa corresponde a una temprana edad en la historia del Universo, cuando la distribución de la materia era casi uniforme. Cualquier efecto de la energía oscura que detectemos a tan temprana edad resolverá preguntas básicas sobre su naturaleza.

“Cuando la misión de BOSS concluya en unos cinco años, vamos a ser capaces de medir qué tan rápido el universo estaba expandiéndose hace once mil millones de años con una precisión de tan sólo un par de porcentajes. BOSS es sólo el primer paso, futuros experimentos como BigBOSS ubicará 20 millones de galaxias y quásares más allá de la capacidad de BOSS y ampliará diez veces más la capacidad del mapa que hemos conseguido elaborar ahora”, afirma Slosar. “Hay toda una estructura en el Universo distante que nunca hemos visto. Muchas veces me siento como un cartógrafo aventurero ¡en la Edad Media!”

Ciertamente, la recolección de datos con el Sloan es un esfuerzo impresionante pues el trabajo es extremadamente difícil, especialmente a la hora de encontrar los objetos que se desean estudiar; pequeños agujeritos son posicionados donde se piensa hay galaxias o quásares y fibras ópticas canalizan la luz a los espectrógrafos que aíslan el espectro para cada objeto individual.

“La oscilación acústica de bariones es la forma abreviada de los cosmólogos para el agrupamiento periódico (oscilación) de la materia (bariones) que se originó como ondas de presión (acústicas) mientras se movían a través del caliente y opaco estado como líquido que parecía el Universo joven”, explica.

Las diferencias en la presión dejaron su huella en el fondo de microondas cósmicas, la huella de la Gran Explosión, y allí están posados los cerebros de estos cosmólogos. Muy pronto conoceremos la naturaleza de la energía oscura y obtendremos un perfil más detallado de la infancia del Cosmos y los detalles más “calientes” de su intenso pasado.

En la imagen, una ilustración del concepto de oscilaciones acústicas bariónicas que han quedado impresas en el Universo joven y que pueden ser vistas hoy gracias a proyectos como BOSS. La imagen es cortesía de Chris Blake and Sam Moorfield para http://www.sdss3.org/index.php

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