Un nuevo mapa de materia oscura en el universo local revela varias estructuras filamentosas previamente desconocidas que conectan galaxias. El mapa, desarrollado mediante aprendizaje automático por un equipo internacional que incluye a un astrofísico de Penn State, podría permitir estudios sobre la naturaleza de la materia oscura, así como sobre la historia y el futuro de nuestro universo local.

La materia oscura es una sustancia esquiva que constituye el 80% de la universo. También proporciona la columna vertebral de lo que los cosmólogos llaman la Red Cósmica, la estructura a gran escala del universo que, debido a su influencia gravitacional, dicta el movimiento de las galaxias y otro material cósmico. Sin embargo, la distribucin de materia negra actualmente se desconoce porque no se puede medir directamente. En cambio, los investigadores deben deducir su distribución basándose en su influencia gravitacional en otros objetos del universo, como las galaxias.

«Irónicamente, es más fácil estudiar la distribución de la materia oscura mucho más porque refleja un pasado muy lejano, que es mucho menos complejo», dijo Donghui Jeong, profesor asociado de astronomía y astrofísica en Penn. State y autor del estudio correspondiente. . «Con el tiempo, como estructura A medida que el universo ha crecido, la complejidad del universo ha aumentado, por lo que es inherentemente más difícil realizar mediciones de materia oscura a nivel local. «

Los intentos anteriores de mapear la red cósmica comenzaron con un modelo del universo primitivo luego simuló la evolución del modelo durante miles de millones de años. Sin embargo, este método es computacionalmente intensivo y hasta ahora no ha podido producir resultados lo suficientemente detallados para ver el universo local. En el nuevo estudio, los investigadores adoptaron un enfoque completamente diferente, utilizando el aprendizaje automático para construir un modelo que utiliza información sobre la distribución y el movimiento de las galaxias para predecir la distribución de la materia oscura.

Los investigadores construyeron y entrenaron su modelo utilizando un gran conjunto de simulaciones de galaxias, llamado Illustris-TNG, que incluye galaxias, gases, otra materia visible y materia oscura. El equipo seleccionó específicamente galaxias simuladas comparables a las de la Vía Láctea y finalmente identificó las propiedades de las galaxias necesarias para predecir la distribución de la materia oscura.

«Cuando se le da cierta información, el modelo básicamente puede llenar los vacíos basándose en lo que miró antes», dijo Jeong. «El mapa de nuestros modelos no coincide perfectamente con los datos de simulación, pero aún podemos reconstruir estructuras muy detalladas. Hemos descubierto que la inclusión del movimiento de las galaxias – sus velocidades radiales particulares – además de su distribución mejoró enormemente la calidad de el mapa y nos permitió ver esos detalles «.

Luego, el equipo de investigación aplicó su modelo a datos reales del universo local del catálogo de galaxias Cosmicflow-3. El catálogo contiene datos completos sobre la distribución y el movimiento de más de 17.000 galaxias cerca de la Vía Láctea, dentro de 200 megaparsecs. El mapa resultante de la red cósmica local se publica en un artículo que apareció en línea el 26 de mayo en el Diario de astrofísica.

El mapa reprodujo sucesivamente estructuras conocidas prominentes en el universo local, incluida la «hoja local», una región del espacio que contiene la Vía Láctea, galaxias vecinas en el «grupo local» y galaxias en el cúmulo de Virgo, y el «vacío local». – una región de espacio relativamente vacío junto al clúster local. Además, ha identificado varias estructuras nuevas que requieren más investigación, incluidas estructuras filamentosas más pequeñas que conectan las galaxias.

«Tener un mapa local de telaraña cósmica abre un nuevo capítulo de estudio cosmológico ”, dijo Jeong. Podemos estudiar cómo se relaciona la distribución de la materia oscura con otros datos de emisión, lo que nos ayudará a comprender la naturaleza de la materia oscura. Y podemos estudiar directamente estas estructuras filamentosas, estos puentes ocultos entre galaxias. «

Por ejemplo, se ha sugerido que las galaxias Vía Láctea y Andrómeda podrían moverse lentamente una hacia la otra, pero no se sabe si pueden colisionar en miles de millones de años. El estudio de los filamentos de materia oscura que conectan las dos galaxias podría proporcionar información importante sobre su futuro.

«Debido a que la materia oscura domina la dinámica del universo, determina fundamentalmente nuestro destino», dijo Jeong. «Así que podemos pedirle a una computadora que desarrolle el mapa durante miles de millones de años para ver qué sucederá en el universo local. Y podemos cambiar el modelo con el tiempo para comprender la historia de nuestro vecindario cósmico. «

Los investigadores creen que pueden mejorar la precisión de su mapa agregando más galaxias. Los estudios astronómicos planificados, por ejemplo, utilizando el telescopio espacial James Web, podrían permitirles agregar galaxias débiles o pequeñas que aún no se han observado y galaxias que están más lejos.