Hoy vemos innumerables estrellas y galaxias titilar en el universo, pero ¿cuánta materia hay realmente allí? La pregunta es bastante sencilla, pero la respuesta parece sorprendente.
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.
Sería útil una nueva simulación por computadora que rastree 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 las galaxias y cúmulos de galaxias visibles en la imagen. Universose alimenta de lo que se llama La red cósmica. Esta red es La estructura más grande del universo.construido a partir de filamentos compuestos de materia ordinaria o materia bariónica, y Materia oscura.
A diferencia de las simulaciones anteriores que analizaban únicamente la materia oscura, el nuevo trabajo, llevado a cabo por un proyecto llamado FLAMINGO (abreviatura de simulación de estructuras a gran escala con mapeo de todo el cielo para interpretar observaciones de próxima generación), también rastrea la materia regular.
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«Aunque la materia oscura domina la gravedad, no se puede seguir ignorando la contribución de la materia ordinaria», afirma en un artículo Jupp Shaye, 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 estas no son sólo un placer visual cósmico, sino que también son investigaciones importantes para ayudar a determinar la causa de una discrepancia importante en cosmología llamada «tensión S8». Este es el debate actual sobre cómo se distribuye la materia en el universo.
¿Qué es la tensión del S8?
Al explorar el universo, los astrónomos a veces trabajan con lo que se conoce como parámetro S8. Este parámetro esencialmente describe cuán “agrupada” o apretada está toda la materia en nuestro universo, y puede medirse con precisión utilizando lo que se conoce como observaciones de bajo corrimiento al rojo. Es utilizado por los astrónomos. corrimiento al rojo Para medir qué tan lejos está un objeto Tierray estudios de bajo corrimiento al rojo como “débil lente gravitacional Las «encuestas» podrían arrojar luz sobre los procesos que se desarrollan en el universo distante y, por tanto, más antiguo.
Pero el valor de S8 también se puede predecir usando una función Forma estándar Cosmología. Básicamente, los científicos pueden ajustar el modelo para que se ajuste a las propiedades conocidas del objeto. Fondo cósmico de microondas (CMB), que es la radiación residual del Big Bang, y calcular la acumulación de materia a partir de ahí.
Entonces, aquí está la cuestión.
Los experimentos de CMB encontraron un valor de S8 más alto que los estudios de lentes gravitacionales débiles. Los cosmólogos no saben por qué y llaman a esta contradicción tensión S8.
De hecho, la tensión S8 es una crisis en ciernes en cosmología que es poco diferente de su famosa prima: Tensión del HubbleLo cual se refiere a las contradicciones que enfrentan los científicos a la hora de determinar la tasa de expansión del universo.
La razón por la que la nueva simulación del equipo no proporciona una respuesta al problema de la fluctuación del S8 es un gran problema, porque a diferencia de simulaciones anteriores que sólo tenían en cuenta los efectos de la materia oscura en el universo en evolución, el último trabajo tiene en cuenta los efectos de materia ordinaria también. A diferencia de la materia oscura, está gobernada por materia ordinaria. gravedad Así como la presión que genera el gas en todo el universo. Por ejemplo, impulsado por vientos galácticos. supernova Erupciones y acumulación activa. Agujeros negros supermasivos Son procesos cruciales que redistribuyen la materia ordinaria al hacer volar sus partículas hacia las galaxias. espacio.
Sin embargo, ni siquiera el estudio de los nuevos trabajos sobre la materia ordinaria, así como algunos de los vientos galácticos más extremos, ha sido suficiente para explicar la débil acumulación de materia observada en el universo actual.
«Estoy aquí perdido», dijo Shay a Space.com. «Una posibilidad interesante es que la tensión apunte a fallas en el Modelo Estándar de cosmología, o incluso en el Modelo Estándar de física».
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¿Física extraña o un modelo defectuoso?
Entonces, ¿dónde se originó esta tensión del S8?
«No sabemos qué hace que esto sea tan emocionante», dijo a Space.com Ian McCarthy, astrofísico teórico de la Universidad John Morris de Liverpool en el Reino Unido y coautor de tres nuevos estudios.
Sin embargo, las simulaciones por computadora, como las realizadas por FLAMINGO, pueden acercarnos un paso más. Puede ayudar a revelar el motivo de los nervios del S8 porque un gran mapa hipotético del universo puede ayudar a identificar errores potenciales 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 una incertidumbre general en las observaciones de estructuras a gran escala o estar relacionado con un problema en el propio CMB.
De hecho, el equipo espera que los efectos de la materia natural puedan ser mucho más fuertes que en las simulaciones actuales. Sin embargo, esto también parece poco probable, ya que las simulaciones concuerdan bien con las propiedades observadas de las galaxias y los cúmulos de galaxias.
«Todas estas posibilidades son muy interesantes y tienen implicaciones importantes para la física y la cosmología fundamentales», dijo McCarthy. Pero la posibilidad más interesante es que «el modelo estándar sea incorrecto en algún sentido».
Por ejemplo, la materia oscura podría tener propiedades extrañas que interactúan entre sí y que no se tienen en cuenta en el Modelo Estándar, y la fluctuación del S8 podría indicar un colapso de nuestra teoría de la gravedad a escalas mayores, dijo McCarthy.
Sin embargo, mientras las últimas simulaciones rastrean los efectos de la materia natural y las partículas subatómicas conocidas como… Neutrinos – Se descubrió que ambos eran importantes para hacer predicciones precisas sobre cómo han evolucionado las galaxias a lo largo de los siglos, pero no resolvieron el problema de la tensión del S8.
Esto es lo sorprendente: con corrimientos al rojo bajos, el universo es notablemente menos grumoso de lo que predice el Modelo Estándar. Pero las mediciones que exploran las estructuras del universo entre Las mediciones del CMB y del bajo corrimiento al rojo «son totalmente consistentes con las predicciones del modelo estándar», dijo McCarthy. «El universo parece haberse comportado como se esperaba durante gran parte de la historia cósmica, pero algo cambió más adelante en la historia cósmica».
Quizás la clave para resolver la tensión del S8 resida en responder qué provocó exactamente este cambio.
Esta investigación es descrito en tres Hojas Publicado en Monthly Notices de la Royal Astronomical Society.
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