Hoy en día vemos innumerables estrellas y galaxias titilando en el universo, pero ¿cuánta materia hay realmente? La pregunta es bastante simple: su respuesta, sin embargo, está resultando todo un dolor de cabeza.
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.
Puede ser de alguna ayuda una nueva simulación por computadora que rastrea 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 virtualmente galaxias y cúmulos de galaxias emergiendo. el universoimpulsado por el llamado red cósmica. Esta red es la estructura más grande del universoconstruido con filamentos compuestos de materia normal, materia bariónica o materia oscura.
A diferencia de las simulaciones anteriores que sólo consideraban la materia oscura, el nuevo trabajo, llevado a cabo por un proyecto llamado FLAMINGO (abreviatura de Full-hidro Large-scale Structures Simulators with All-sky Mapping for the Interpretation of Next Generation Observations), también rastrea la materia ordinaria.
Relacionado: ¿Estamos viviendo en una simulación? El problema con esta impactante hipótesis.
“Aunque la materia oscura domina la gravedad, no se puede seguir ignorando la contribución de la materia ordinaria”, afirmó en una conferencia de prensa Joop Schaye, 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 esta no sólo son un gran placer para la vista cósmica, sino también sondas importantes para ayudar a identificar la causa de una discrepancia importante en cosmología llamada «voltaje S8». Este es el debate sobre cómo se distribuye la materia en el cosmos.
¿Cuál es el voltaje del S8?
Al estudiar el universo, los astrónomos trabajan a veces con el llamado parámetro S8. Este parámetro básicamente caracteriza qué tan “grumosa” o fuertemente agrupada está toda la materia en nuestro universo, y puede medirse con precisión con lo que se conoce como observaciones de bajo corrimiento al rojo. Los astrónomos utilizan cambiar hacia el rojo medir la distancia a un objeto Tierray estudios de bajo corrimiento al rojo como “débil lente gravitacional «Investigaciones científicas» pueden iluminar los procesos que tienen lugar en un universo lejano y, por tanto, más antiguo.
Pero el valor de S8 también se puede predecir utilizando el método modelo estandar de cosmología; Los científicos pueden esencialmente ajustar el modelo para que se ajuste a las propiedades conocidas del fondo cósmico de microondas (CMB), que es la radiación sobrante del Big Bang, y a partir de ahí calcular la grumosidad de la materia.
Entonces, aquí está la cuestión.
Estos experimentos de CMB detectan un valor de S8 más alto que las investigaciones de lentes gravitacionales débiles. Y los cosmólogos no saben por qué: a esta discrepancia la llaman tensión S8.
De hecho, la cepa S8 es una crisis cosmológica en curso, ligeramente diferente de su famosa prima: voltaje del hubbleque se refiere a las inconsistencias que enfrentan los científicos al determinar la tasa de expansión del universo.
La razón por la que es tan importante que la nueva simulación del equipo no ofrezca una respuesta a la cepa S8 es que, a diferencia de simulaciones anteriores que sólo consideraban los efectos de la materia oscura en un universo en evolución, el último trabajo también tiene en cuenta los efectos. de materia ordinaria. . A diferencia de la materia oscura, la materia ordinaria se rige por gravedad así como la presión del gas en todo el universo. Por ejemplo, los vientos galácticos impulsados por supernova explosiones y están creciendo activamente agujeros negros supermasivos Son procesos cruciales que redistribuyen la materia ordinaria expulsando sus partículas al espacio intergaláctico. espacio.
Sin embargo, ni siquiera tener en cuenta la materia ordinaria y algunos de los vientos galácticos más extremos en el nuevo trabajo fue suficiente para explicar los débiles cúmulos de materia observados en el universo actual.
«Estoy perplejo aquí», dijo Schaye a Space.com. «Una posibilidad interesante es que la tensión apunte a deficiencias en el Modelo Estándar de cosmología, o incluso en el Modelo Estándar de física».
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¿Física exótica o modelo defectuoso?
Entonces, ¿de dónde viene esta tensión en el S8?
«No lo sabemos, y eso es lo que hace que esto sea tan emocionante», dijo a Space.com Ian McCarthy, astrofísico teórico de la Universidad John Moores de Liverpool en el Reino Unido y coautor de tres nuevos estudios.
Sin embargo, las simulaciones por ordenador como las realizadas por FLAMINGO podrían hacernos avanzar un paso más. Podrían ayudar a revelar la causa del voltaje del S8 porque un gran mapa virtual del cosmos podría ayudar a identificar posibles errores en nuestras mediciones actuales. Por ejemplo, los astrónomos poco a poco están descartando explicaciones más mundanas para el problema, como que podría deberse a incertidumbres generales en las observaciones de estructuras a gran escala o estar relacionado con un problema con el propio CMB.
En realidad, plantea la hipótesis del equipo, tal vez los efectos de la materia normal sean mucho más fuertes que en las simulaciones actuales. Sin embargo, esto también parece poco probable, ya que las simulaciones concuerdan muy bien con las propiedades observadas de las galaxias y los cúmulos de galaxias.
«Todas estas posibilidades son extremadamente interesantes y tienen implicaciones importantes para la física y la cosmología fundamentales», dijo McCarthy. La posibilidad más interesante, sin embargo, «es que el modelo estándar sea de algún modo incorrecto».
Por ejemplo, la materia oscura podría tener propiedades exóticas de interacción consigo misma que no se consideran en el Modelo Estándar: la cepa S8 podría indicar un colapso de nuestra teoría de la gravedad a mayor escala, dijo McCarthy.
Sin embargo, aunque las últimas simulaciones rastrean los efectos de la materia normal y las partículas subatómicas conocidas como neutrinos (ambos considerados importantes para hacer predicciones precisas sobre cómo evolucionan las galaxias a lo largo de eones) no han resuelto la tensión del S8.
Aquí está el último dolor de cabeza: con corrimientos al rojo bajos, el universo es significativamente 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. «Parece que el universo se comportó como se esperaba durante una fracción significativa de la historia cósmica, pero algo cambió más adelante en la historia cósmica».
Quizás la clave para resolver la tensión sobre el S8 resida en la respuesta a qué impulsó exactamente ese cambio.
Esta investigación es descrito En Tres documentos publicado en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
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