Astronomía

Astrónomos de Japón consiguen "regresar el tiempo" en el universo

Gracias al apoyo de una supercomputadora, científicos hacen literalmente "retroceder el reloj" para explicar la "inflación" impulsiva, uno de los enigmas más importantes de la astronomía moderna.
martes, 16 de febrero de 2021

CIUDAD DE MÉXICO (apro).- Astrónomos pusieron a prueba un método para reconstruir el estado del Universo temprano, aplicándolo a cuatro mil universos simulados con la ayuda de la supercomputadora ATERUI II del Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ, por sus siglas en inglés).

El avance científico está descrito en una nota de la página web del NAOJ, titulada precisamente “Una supercomputadora retrocede el reloj cósmico”.

Los astrónomos descubrieron que, junto con nuevas observaciones, este método puede establecer mejores restricciones sobre la inflación, uno de los eventos más enigmáticos de la historia del Universo.

La técnica puede acortar el tiempo de observación necesario para distinguir entre varias teorías de inflación.

La supercomputadora. Foto: NAOJ

La nota del NAOJ explica que, justo después de que el Universo entró en existencia hace 13 mil 800 millones de años, de repente aumentó más de un billón de veces en tamaño, en menos de una billonésima de billonésima de microsegundo. Pero nadie sabe cómo ni por qué.

Esta repentina "inflación" es uno de los misterios más importantes de la astronomía moderna, expone el Observatorio.

La inflación debería haber creado fluctuaciones de densidad primordial que habrían afectado la distribución de donde se desarrollaron las galaxias; por lo tanto, el mapeo de la distribución de las galaxias puede descartar modelos de inflación que no coincidan con los datos observados.

Sin embargo, explica el NAOJ, otros procesos además de la inflación también impactan en la distribución de las galaxias, lo que dificulta obtener información sobre la inflación directamente de las observaciones de la estructura a gran escala del Universo, la red cósmica compuesta por innumerables galaxias. En particular, señala, el crecimiento de grupos de galaxias impulsado por la gravedad puede ocultar las fluctuaciones de la densidad primordial.

En ese contexto, narra el resultado del trabajo de un equipo de investigación dirigido por Masato Shirasaki, profesor asistente en NAOJ y del Instituto de Matemática Estadística, quien pensó en aplicar un "método de reconstrucción" para hacer “retroceder el reloj” y eliminar los efectos gravitacionales de la estructura a gran escala.

Para este fin utilizaron la ATERUI II, la supercomputadora más rápida del mundo dedicada a las simulaciones de astronomía, con el fin de crear cuatro mil universos simulados y evolucionarlos a través del crecimiento impulsado por la gravedad.

Posteriormente aplicaron este método para ver qué tan bien reconstruía el estado inicial de las simulaciones.

Imagen: Masato Shirasaki

Esta ilustración conceptual del estudio muestra que: 1. Las simulaciones parten de una distribución de galaxias basada en fluctuaciones de densidad primordial y, 2. realiza cálculos gravitacionales de muchos cuerpos para evolucionar a la distribución de galaxias actual. 3. Luego, se usa el método de reconstrucción para trabajar hacia atrás a la distribución de galaxias anterior. 4. Finalmente, se comparan las distribuciones de galaxias reconstruidas y las condiciones iniciales. Esta investigación encontró que las propiedades estadísticas de las reconstrucciones son muy similares a las condiciones iniciales.

Así, destaca el Observatorio, el equipo descubrió que su método puede corregir los efectos gravitacionales y mejorar las restricciones sobre las fluctuaciones de densidad primordial.

“Descubrimos que este método es muy eficaz”, dice Shirasaki. “Usando este método, podemos verificar las teorías de la inflación con aproximadamente una décima parte de la cantidad de datos. Este método puede acortar el tiempo de observación requerido en las próximas misiones de estudio de galaxias como SuMIRe, por el Telescopio Subaru de NAOJ ".

Los resultados originales de la investigación aparecieron en el artículo “Constraining primordial non-Gaussianity with postreconstructed galaxy bispectrum in redshift space”, del portal Physical Review D el 4 de enero de 2021.

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