Descubrimiento de una enorme burbuja de galaxias, que se cree que es un remanente de los orígenes del universo

Los astrónomos han identificado una burbuja masiva, llamada Hoʻoleilana, ubicada a 820 millones de años luz de distancia. Se cree que esta estructura es un remanente del origen del universo y es más grande de lo esperado, lo que proporciona información valiosa sobre la evolución de las galaxias y la dinámica de expansión del universo.

Se cree que el descubrimiento liderado por la Universidad de Hawaii de una enorme burbuja a 820 millones de años luz de la Tierra es un remanente fósil del nacimiento del universo. El astrónomo Brent Tully del Instituto de Astronomía de la Universidad de Houston y su equipo descubrieron inesperadamente la burbuja dentro de una red de galaxias. La entidad recibe un nombre. Howililanatérmino tomado de Comolepoun himno de creación hawaiano que evoca el origen de la estructura.

Los nuevos resultados se publicaron el 5 de septiembre en el Diario astrofísicomenciona estas enormes estructuras que se predijeron la gran explosión La teoría es el resultado de ondulaciones tridimensionales en la materia del universo primitivo, conocidas como oscilaciones acústicas bariónicas (BAO).

El descubrimiento inesperado

«No lo estábamos buscando. Es tan masivo que se extiende hasta los bordes de la franja de cielo que estábamos analizando. Como mejora de la densidad de las galaxias, es una característica mucho más fuerte de lo esperado. El gran diámetro de mil millones de años luz supera las expectativas teóricas. Si su formación y evolución son consistentes con la teoría, este BAO está más cerca de lo esperado, lo que implica un valor alto para la tasa de expansión del universo.

Los astrónomos identificaron la burbuja utilizando datos de Flujos cósmicos-4Es, con diferencia, la mayor colección de distancias precisas de galaxias. Tully coeditó el extraordinario catálogo en el otoño de 2022. Su equipo de investigadores cree que esta puede ser la primera vez que los astrónomos identifican una única estructura asociada con el BAO. Este descubrimiento podría ayudar a avanzar en el conocimiento de los científicos sobre los efectos de la evolución de las galaxias.

Los nuevos hallazgos sugieren que estas estructuras masivas, predichas por la teoría del Big Bang, son el resultado de ondas tridimensionales en la materia del universo primitivo, conocidas como oscilaciones acústicas bariónicas (BAO). Crédito de la imagen: Frédéric Dorion, Animea Studio; Daniel Pommarid, IRFU, CEA Universidad Paris-Saclay. Este trabajo se benefició de la financiación gubernamental de Francia 2030 (P2I – Escuela de Graduados en Física) con la referencia ANR-11-IDEX-0003.

Enormes burbujas de materia

En la bien establecida teoría del Big Bang, durante los primeros 400.000 años, el universo fue un caldero caliente plasma Similar al interior del sol. Dentro del plasma, los electrones están separados de los núcleos atómicos. Durante este período, las regiones de densidad ligeramente mayor comenzaron a colapsar bajo la gravedad, incluso cuando el intenso baño de radiación intentaba empujar el material. Esta lucha entre la gravedad y la radiación hizo que el plasma oscilara u ondulara y se extendiera hacia afuera.

Las ondas más grandes en el universo primitivo dependían de qué tan lejos podía viajar una onda sonora. Esta distancia estaba determinada por la velocidad del sonido en el plasma, aproximadamente 500 millones de años luz, y se fijó cuando el universo se enfrió y dejó de ser plasma, dejando vastas ondas tridimensionales. A lo largo de los siglos, las galaxias se han formado en picos de densidad, en estructuras masivas similares a burbujas. Los patrones de distribución de las galaxias, si se caracterizan adecuadamente, podrían revelar las características de estos antiguos mensajeros.

Ve más profundo

«Soy el cartógrafo del grupo y mapear Haulilana en tres dimensiones nos ayuda a comprender su contenido y su relación con su entorno», dijo el investigador Daniel Bomarede de la Universidad CEA Paris-Saclay en Francia. «Ha sido un proceso asombroso construir este mapa y aprender cómo la estructura de la corteza gigante de Holliana está compuesta de elementos que han sido identificados en el pasado como algunas de las estructuras más grandes del universo».

El mismo equipo de investigadores también identificó el Supercúmulo Laniākea en 2014. Esta estructura, que incluye vía Láctea, pequeño en comparación. Con un diámetro de unos 500 millones de años luz, Laniakia se extiende hasta el borde cercano de esta burbuja mucho más grande.

Detección única de BAO

El equipo de Tully descubrió que Hoʻoleilana fue señalada en un artículo de 2016 como la más prominente de varias estructuras en forma de concha vistas en el Sloan Digital Sky Survey. Sin embargo, trabajos anteriores no habían revelado la extensión total de la estructura y este equipo no llegó a la conclusión de haber encontrado un BAO.

Utilizando el catálogo de Cosmicflows-4, los investigadores pudieron ver toda la envoltura esférica de las galaxias, determinar su centro y mostrar que hay una mejora estadística en la densidad de las galaxias en todas las direcciones desde ese centro. Hoʻoleilana incluye varias estructuras bien conocidas descubiertas previamente por astrónomos, como la Gran Muralla Harvard/Smithsonian que contiene el Cúmulo de Coma, el Cúmulo de Hércules y la Gran Muralla Sloan. En su centro se encuentra el Boötes Supercluster. El histórico Boötes Void, una enorme área esférica vacía, se encuentra dentro de Hoʻoleilana.

Implicaciones para Hoʻoleilana

Las pruebas de simulación han demostrado que la estructura de la corteza identificada como Hoʻoleilana tiene menos del 1% de probabilidad de ser un accidente estadístico. Hoʻoleilana tiene las características de una oscilación acústica bariónica teóricamente esperada, incluido un rico supercúmulo que sobresale en su centro, pero destaca con más fuerza de lo esperado.

En detalle, Holliana es ligeramente más grande de lo esperado según la cosmología del Modelo Estándar y lo que se ha encontrado en estudios estadísticos previos por pares sobre la separación de galaxias. El tamaño es consistente con observaciones de la tasa de expansión local del universo y flujos galácticos a gran escala que también apuntan a problemas sutiles con el Modelo Estándar.

Referencia: «Ho’oleilana: ¿una oscilación acústica bariónica individual?» Escrito por r. Brent Tully, Colan Howlett y Daniel Bomarede, 5 de septiembre de 2023, Diario astrofísico.
doi: 10.3847/1538-4357/aceaf3