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El objeto giratorio más grande del universo: filamentos galácticos de cientos de millones de años luz de largo

Sabemos desde hace un tiempo acerca de la estructura a gran escala del universo. Las galaxias se encuentran en filamentos de cientos de millones de años luz de largo, en una columna vertebral de materia oscura. Y donde esos filamentos se encuentran, hay cúmulos galácticos. Entre ellos hay enormes vacíos, donde las galaxias se encuentran dispersas. Ahora, un equipo de astrónomos en Alemania y sus colegas en China y Estonia han hecho un descubrimiento interesante.

Estos filamentos gigantes están girando, y nunca antes se había visto este tipo de giro de esta magnitud gigantesca.

Claramente, no hay forma de capturar una imagen real de la estructura del universo a gran escala. Pero hay algunas imágenes casi famosas que provienen de Simulador del milenio. La simulación del milenio fue una simulación de supercomputadora de una porción cúbica del universo a más de dos mil millones de años luz en cada lado. La imagen contiene alrededor de 20 millones de galaxias individuales organizadas en filamentos y grupos, y esta fue nuestra primera visión real del universo LSS.

Es genial mirar esa imagen ahora e imaginar esos hilos girando.

Una imagen a gran escala de la estructura del universo, que muestra filamentos y vacíos dentro de la estructura cósmica. Crédito: Proyecto de simulación del milenio

El equipo de astrónomos detrás de este descubrimiento trabajó con datos de Encuesta Sloan Digital Sky (SDSS.) SDSS creó un mapa 3D muy detallado del universo, por lo que los datos de SDSS fueron importantes para el descubrimiento del equipo.

“Al mapear el movimiento de las galaxias en estas formas masivas y supercósmicas utilizando el Sloan Digital Sky Survey, un estudio de cientos de miles de galaxias, hemos encontrado una propiedad notable de estos filamentos: giran”. dice Peng Wang, primer autor del estudio ahora publicado y astrónomo de AIP (The Astrophysical Institute Potsdam).

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Cada galaxia en los filamentos no es más que una mota de polvo a gran escala, y no solo giran sino que se mueven a lo largo de zarcillos como si fueran tuberías.

“Se mueven en una espiral u órbita como un interruptor, girando alrededor del centro del filamento a medida que viajan a lo largo de él”.

Noam Libeskind, coautor del estudio, AIP.

Noam Libeskind, iniciador del proyecto en AIP, agregó: “A pesar de ser cilindros delgados, similares en dimensiones a los lápices, de cientos de millones de años luz de longitud, pero de unos pocos millones de años luz de diámetro, estos maravillosos zarcillos de materia son hilado.” “En estas escalas, las galaxias del interior son en sí mismas solo muestras de polvo. Se mueven en una espiral u órbita como un interruptor, girando alrededor de la mitad de la mecha a medida que viajan a lo largo de ella. Nunca antes se había visto un giro de este tipo en tan masivas escalas, y el resultado es que debe haber un mecanismo físico hasta ahora desconocido responsable de la torsión de estas cosas “.

Es difícil imaginar el hecho de que estas hebras están girando, y estarán geniales una vez que las hagas. Pero el descubrimiento es más que nuestra fascinación. Estos son los objetos más grandes que hemos visto girar, lo que significa que el momento angular puede ocurrir a una escala enorme. Uno de los misterios de la cosmología es cómo se genera este momento angular a una escala tan masiva que no hubo rotación primitiva en el universo primitivo.

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El descubrimiento se basa en observaciones de galaxias individuales en los filamentos y su desplazamiento Doppler. En este estudio, el desplazamiento al rojo es un proxy de la rotación, las galaxias desplazadas al rojo retroceden y las galaxias desplazadas al azul se acercan.

Esta figura del artículo muestra la velocidad de rotación del filamento en función de la distancia intergaláctica y la columna vertebral filamentosa.  La distancia de las galaxias a la columna vertebral filamentosa en la región regresada se muestra en rojo y se le atribuyen valores positivos, mientras que la distancia de las galaxias en la región que se acerca se indica en azul y se atribuye a valores negativos.  Las barras de error representan la desviación estándar de la media.  Crédito de la imagen: Wang et al 2021.
Esta figura del artículo muestra la velocidad de rotación del filamento en función de la distancia intergaláctica y la columna vertebral filamentosa. La distancia de las galaxias a la columna vertebral filamentosa en la región regresada se muestra en rojo y se le atribuyen valores positivos, mientras que la distancia de las galaxias en la región que se acerca se indica en azul y se atribuye a valores negativos. Las barras de error representan la desviación estándar de la media. Crédito de la imagen: Wang et al 2021.

En el modelo de trabajo actual de la formación estructural del universo, las densidades excesivas crecen por inestabilidades gravitacionales. El material fluye desde áreas de baja densidad a áreas de mayor densidad. Pero este flujo de material no tiene rotación ni rizado. Es por eso que los cosmólogos dicen que no hubo rotación en el universo temprano. Y aquí es donde este descubrimiento se vuelve aún más interesante.

La aparente rotación en estos filamentos de galaxias debería generarse a medida que se forman las estructuras. Estos filamentos y el resto de la red cósmica están vinculados a la formación y evolución de las propias galaxias. También tiene una fuerte influencia en la rotación de galaxias individuales y puede regular cómo giran la galaxia y su halo de materia oscura. Hay una parte poco conocida de todo esto: los científicos aún no saben cómo nuestro conocimiento actual puede predecir que los hilos mismos giran.

“Nunca antes habíamos visto un giro así a escalas tan masivas, y la implicación es que debe haber un mecanismo físico desconocido hasta ahora responsable de aislar estas cosas”.

Noam Libeskind, coautor del estudio, AIP.

Antes de este estudio, otros científicos plantearon la hipótesis de que estos filamentos giran. por ejemplo, Dr. Mark NerinkEs becario del Departamento de Física Teórica de la Universidad del País Vasco, España, y es conocido por teorizar sobre el tema. También es conocido por su desarrollo de la descripción “origami” para la formación de la estructura cósmica. a Artículo de 2016 En The Paper, dijo, “… si las galaxias están girando (y lo hacen), los filamentos deben salir de ellas. Además, las galaxias asociadas con hilos a menudo deben girar juntas, como objetos unidos a los extremos de una varilla. En de hecho, esto se corresponde con las observaciones astronómicas, las galaxias cercanas tienden a girar en la misma dirección ”.

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El trabajo del Dr. Nayrink fue un punto de partida importante para el equipo detrás de este documento.

“Motivados por la sugerencia del Dr. Mark Nerink de que los filamentos podrían rotar, examinamos la distribución galáctica observada, buscando la rotación de los filamentos”, dice el coautor Noam Libeskind. “Es grandioso ver esta confirmación de que los filamentos intergalácticos circulan en el universo real, así como en simulaciones por computadora”.

El equipo utilizó un método de mapeo sofisticado que dividió la distribución de las galaxias observadas en partes. Luego, ambos cables fueron redondeados por un cilindro. Las galaxias en los filamentos se dividieron luego en dos regiones a cada lado de la columna vertebral del filamento. Luego midieron cuidadosamente la diferencia de corrimiento al rojo promedio entre las dos regiones. “La diferencia de corrimiento al rojo medio es una aproximación de la diferencia de velocidad (corrimiento Doppler) entre las galaxias en el lado retrógrado y en el lado de aproximación del tubo filamentoso”, escribieron los autores. Así es como midieron la rotación de los hilos.

El equipo escribió en su artículo que lo que encontraron no puede ser aleatorio. “Lo que se mide y se presenta aquí es la diferencia de corrimiento al rojo entre dos regiones a cada lado del eje de rotación putativo que coincide con la columna vertebral filamentosa. La distribución completa de esta cantidad no es consistente con la aleatoriedad, independientemente del ángulo de visión formado con la línea -en vista…”

Sin embargo, los investigadores advierten que sus resultados no significan que todos los hilos del universo estén girando. Eso sería inalcanzable. Escribieron: “Este trabajo no predice que todos los filamentos del universo roten, sino que hay submuestras, estrechamente relacionadas con la masa del punto final del ángulo de visión, que muestran una señal clara consistente con la rotación. Esta es la principal hallazgo de este trabajo “.

En conjunto, el equipo escribió en su conclusión: “El estudio actual y <المراجع> Muestra que el momento angular se puede generar a niveles sin precedentes, abriendo la puerta a una nueva comprensión de la rotación cósmica “.

El autor principal de este trabajo es Peng Wang, astrónomo del Instituto Astrofísico de Potsdam (AIP). El título del artículo es “Posible evidencia de observación de hilos cósmicos sinuosos”. Fue publicado en Nature Astronomy.

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