En las escalas más grandes, las redes de filamentos gaseosos abarcan cientos de millones de años luz, conectando cúmulos de galaxias masivas. Pero este gas está tan enrarecido que es imposible verlo directamente.
Durante años, los astrónomos han utilizado cuásares, centros galácticos brillantes alimentados por agujeros negros supermasivos que acumulan material rápidamente, para mapear la materia invisible.
Pero ahora, por primera vez, un equipo de astrónomos dirigido por Khee-Gan Lee, un postdoctorado en el Instituto Max Planck de Astronomía, ha logrado crear un mapa tridimensional de la estructura a gran escala del Universo utilizando galaxias distantes. Y las ventajas son numerosas.
La ciencia siempre se ha convertido en algo así: a medida que la luz brillante de un quásar distante viaja hacia la Tierra, se encuentra con las nubes intermedias de gas de hidrógeno y se absorbe parcialmente. Esto deja líneas oscuras de absorción en el espectro del cuásar.
Si el Universo fuera estático, las líneas oscuras de absorción siempre se ubicarían en el mismo lugar (121 nanómetros para la llamada línea Lyman-alfa) en el espectro del cuásar. Pero debido a que el Universo se está expandiendo, el cuásar distante está volando lejos de la Tierra a una velocidad rápida. Esto extiende la luz del cuásar, de modo que cada nube de gas de hidrógeno que interviene imprime su firma de absorción en una región diferente del espectro del cuásar, dejando un bosque de líneas.
Por lo tanto, las mediciones detalladas de los espectros de múltiples cuásares juntos pueden revelar la naturaleza tridimensional de las nubes de hidrógeno que intervienen. Pero las galaxias son casi 100 veces más numerosas que los quásares. Entonces, en teoría, deberían proporcionar un mapa mucho más detallado.
El único problema es que las galaxias también son aproximadamente 15 veces más débiles que los quásares. Entonces los astrónomos pensaron que simplemente no eran lo suficientemente brillantes como para ver bien en el universo distante. Pero Lee realizó cálculos que sugerían lo contrario.
"Me sorprendió descubrir que los grandes telescopios existentes ya deberían ser capaces de recolectar suficiente luz de estas débiles galaxias para mapear la absorción en primer plano, aunque a una resolución más baja de lo que sería posible con futuros telescopios", dijo Lee en un comunicado de prensa. "Aún así, esto proporcionaría una vista sin precedentes de la red cósmica que nunca ha sido mapeada a distancias tan grandes".
Lee y sus colegas utilizaron el telescopio Keck I de 10 metros en Mauna Kea, Hawai, para observar de cerca las galaxias distantes y el bosque de absorción de hidrógeno incrustado en sus espectros. Pero incluso el clima en Hawai puede ponerse feo.
"Estábamos bastante decepcionados ya que el clima era terrible y solo logramos recolectar unas pocas horas de buena información", dijo el coautor Joseph Hennawi, también del Instituto Max Planck de Astronomía. "Pero a juzgar por la calidad de los datos cuando salió del telescopio, ya estaba claro para mí que el experimento iba a funcionar".
El equipo solo pudo recopilar datos durante cuatro horas. Pero todavía no tenía precedentes. Observaron 24 galaxias distantes, que proporcionaron una cobertura suficiente de un pequeño parche del cielo y les permitieron combinar la información en un mapa tridimensional.
El mapa revela la estructura a gran escala del Universo cuando solo tenía una cuarta parte de su edad actual. Pero el equipo espera analizar pronto el mapa para obtener más información sobre la función de la estructura, siguiendo los flujos de gas cósmico a medida que se desvía de los vacíos hacia galaxias distantes. Proporcionará un registro histórico único sobre cómo los cúmulos de galaxias y los vacíos crecieron a partir de inhomogeneidades en el Big Bang.
Los resultados han sido publicados en el Astrophysical Journal y están disponibles en línea.
