La simulación por computadora más grande jamás realizada del universo se suma al dilema de la cosmología
Hoy en día vemos innumerables estrellas y galaxias brillando en el universo, pero ¿cuánta materia hay realmente allí? La pregunta es bastante simple; sin embargo, su respuesta está resultando bastante complicada.
Este dilema existe en gran parte porque las observaciones cosmológicas actuales simplemente no están de acuerdo sobre cómo se distribuye la materia en el universo actual.
Podría 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, manifestándose en el universoimpulsado por el llamado red cósmica. Esta web es la estructura más grande del universoconstruido con filamentos compuestos de materia normal, o materia bariónica, y materia oscura.
A diferencia de las simulaciones anteriores que consideraban sólo la materia oscura, el nuevo trabajo, llevado a cabo por un proyecto llamado FLAMINGO (abreviatura de Full-hidro Large-scale Structure Simulators with All-sky Mapping for the Interpretation of Next Generation Observations), también rastrea la materia oscura. asunto común.
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“Aunque la materia oscura domina la gravedad, no se puede seguir descuidando la contribución de la materia ordinaria”, afirmó en un comunicado 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 excelente regalo para la vista cósmica, sino también sondas importantes para ayudar a identificar la causa de una discrepancia importante en la cosmología llamada «tensión S8». Este es el debate sobre cómo se distribuye la materia en el cosmos.
¿Cuál es el voltaje del S8?
Al investigar el universo, los astrónomos trabajan a veces con el llamado parámetro S8. Este parámetro básicamente caracteriza cuán «irregular» o cuán estrechamente 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 corrimiento al rojo para medir qué tan lejos está un objeto de Tierray los estudios de bajo corrimiento al rojo como «débiles lente gravitacional «La investigación» puede iluminar los procesos que se desarrollan en el universo distante y, por lo tanto, más antiguo.
Pero el valor de S8 también se puede predecir usando el modelo estandar de cosmología; Los científicos pueden esencialmente modificar el modelo para que coincida con las propiedades conocidas del fondo cósmico de microondas (CMB), que es la radiación sobrante del Big Bang, y calcular a partir de ahí el tamaño de grano de la materia.
Entonces, aquí está la pregunta.
Estos experimentos de CMB encuentran un valor S8 más alto que los estudios de lentes gravitacionales débiles. Y los cosmólogos no saben por qué: a esta discrepancia la llaman tensión S8.
De hecho, la tensión S8 es una crisis emergente en cosmología que es 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 importante que la nueva simulación del equipo no ofrezca una respuesta a la tensión 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 la materia común. . . 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 Super nueva explosiones y acumulación activa agujeros negros supermasivos son procesos cruciales que redistribuyen la materia ordinaria, expulsando sus partículas a áreas intergalácticas. espacio.
Sin embargo, ni siquiera la consideración de nuevos trabajos sobre la materia ordinaria, así como sobre algunos de los vientos galácticos más extremos, fue suficiente para explicar la débil acumulación de materia que se observa en el universo actual.
«Aquí estoy perplejo», 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 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 Moores de Liverpool en el Reino Unido y coautor de tres nuevos estudios.
Sin embargo, las simulaciones por ordenador, como las realizadas por FLAMINGO, pueden acercarnos un poco más. Podrían ayudar a revelar la causa de la tensión de S8 porque un gran mapa virtual del cosmos podría 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 que podría deberse a incertidumbres generales en las observaciones de estructuras a gran escala o que podría estar relacionado con un problema con el propio CMB.
En realidad, especula el equipo, tal vez los efectos de la materia normal sean mucho más fuertes que en las simulaciones actuales. 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 incorrecto en algún sentido”.
Por ejemplo, la materia oscura puede tener propiedades exóticas de autointeracción que no se tienen en cuenta en el Modelo Estándar; la tensión S8 puede estar indicando una ruptura de nuestra teoría de la gravedad en las escalas más grandes, dijo McCarthy.
Sin embargo, aunque las simulaciones más recientes rastrean los efectos de la materia normal y las partículas subatómicas conocidas como neutrinos -ambos considerados importantes para hacer predicciones precisas de cómo evolucionan las galaxias a lo largo de los eones- no resolvieron la tensión S8.
Aquí está la mayor sorpresa: con corrimientos al rojo bajos, el universo es significativamente menos irregular 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 “completamente 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 del S8 resida en responder qué provocó exactamente este cambio.
Esta investigación es descrito en tres roles publicado en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
