El resplandor del Big Bang revela estructuras cósmicas invisibles

Casi 400.000 años Después del Big Bang, el plasma primordial del universo infantil se enfrió lo suficiente como para que los primeros átomos se fusionaran, liberando espacio para que la radiación incorporada se elevara libremente. Esa luz, el fondo cósmico de microondas (CMB), continúa fluyendo a través del cielo en todas direcciones, emitiendo una instantánea del universo primitivo que es capturada por telescopios especiales e incluso revelada en la estática de los viejos televisores de rayos catódicos.

Después de que los científicos descubrieran la radiación CMB en 1965, mapearon meticulosamente sus pequeñas variaciones de temperatura que mostraban el estado exacto del universo cuando era solo plasma espumoso Ahora están reutilizando datos del CMB para catalogar las estructuras a gran escala que se desarrollaron durante miles de millones de años a medida que el universo maduraba.

"Esta luz ha vivido gran parte de la historia del universo, y al ver cómo ha cambiado, podemos aprender sobre diferentes épocas", dijo. kimi wucosmólogo en SLAC National Accelerator Laboratory.

Durante su viaje de casi 14 000 millones de años, la luz del CMB es estirada, comprimida y distorsionada por toda la materia que se encuentra en su camino. galaxias y otras estructuras cósmicas. A partir de estas señales, obtienen una imagen más clara de la distribución tanto de la materia ordinaria (cualquier cosa que esté formada por partes atómicas) como de la misteriosa materia oscura. A su vez, estas ideas ayudan a resolver algunos misterios cosmológicos de larga data y plantean algunos nuevos.

"Nos damos cuenta de que el CMB no solo nos informa sobre las condiciones iniciales del universo. También nos informa sobre las galaxias mismas", dijo emmanuel schaantambién cosmólogo en SLAC”. Y eso resulta ser realmente poderoso.

Un universo de sombras

Los estudios ópticos estándar que rastrean la luz emitida por las estrellas ignoran la mayor parte de las galaxias. Esto se debe a que la mayor parte del contenido total de materia del universo es invisible para los telescopios, oculto fuera de la vista, ya sea como cúmulos de materia oscura o como gas ionizado difuso que une las galaxias. Pero tanto la materia oscura como el gas difuso dejan huellas notables en la magnitud y el color. de la luz CMB entrante.

"El universo es realmente un teatro de sombras, en el que las galaxias son las protagonistas y el CMB es la iluminación de fondo", dijo Schaan.

Muchos de los jugadores en la sombra ahora están siendo relevados.

Cuando las partículas de luz o los fotones del CMB dispersan electrones en el gas entre galaxias, son empujados a energías más altas. Además, si estas galaxias están en movimiento en relación con el universo en expansión, los fotones del CMB reciben un segundo cambio de energía, ya sea hacia arriba o hacia abajo. dependiendo del movimiento relativo del cúmulo.

Este par de efectos, conocidos respectivamente como efecto térmico y cinemático Sunyaev-Zeldovich (SZ), fueron primero teorizado a fines de la década de 1960 y se han descubierto con mayor precisión durante la última década. Juntos, los efectos SZ dejan una firma distintiva que puede ser revelada por imágenes CMB, lo que permite a los científicos mapear la ubicación y la temperatura de toda la materia ordinaria en el universo.

Finalmente, un tercer efecto conocido como lente gravitacional débil distorsiona la trayectoria de la luz CMB cuando viaja cerca de objetos masivos, distorsionando la CMB como si se viera a través del fondo de una copa de vino. A diferencia de los efectos SZ, las lentes son sensibles a cualquier materia, oscura o no.

En conjunto, estos efectos permiten a los cosmólogos separar la materia ordinaria de la materia oscura. Luego, los científicos pueden superponer estos mapas con imágenes de estudios de galaxias para estimar distancias cósmicas e incluso formación de rastros de estrellas.

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