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Puentes ocultos de materia oscura: el mapeo revela la distribución de la materia oscura alrededor de la Vía Láctea

Filamentos invisibles: el nuevo mapa muestra la distribución de la materia oscura alrededor de la Vía Láctea; revela algunas estructuras previamente desconocidas. Esto incluye muchas cadenas pequeñas que conectan galaxias vecinas. Esta mirada más cercana a las corrientes ocultas de materia en nuestro entorno cósmico podría ayudar a aclarar la naturaleza de la materia oscura, según los astrónomos en el “Journal of Astrophysics”.

La materia oscura es igualmente misteriosa en todas partes del universo. Porque sus ingredientes y cuáles son sus propiedades no se conocen por completo. Solo parece claro que su gravedad determina el comportamiento y la distribución de la materia natural en el universo. Sin embargo, la distribución de la materia oscura solo puede ser determinada indirectamente por los astrónomos, por ejemplo, por el movimiento de las corrientes estelares o las galaxias.

Cerca del chasis apenas se coloca

“Irónicamente, es más fácil trazar un mapa de la distribución de la materia oscura lejos de nuestros vecindarios”, explica el coautor Donghui Jeong de la Universidad Estatal de Pensilvania. “Porque en el pasado distante el universo era menos complejo”. La mayoría de sus predecesores Equipo Por tanto, la distribución de la materia oscura depende de la observación o simulación de estructuras a miles de millones de años luz de distancia.

Sin embargo, se desconoce en gran medida cómo se distribuye la materia oscura cerca de nuestra Vía Láctea y el Grupo Local. La razón: por un lado, partes de las estructuras vecinas están cubiertas por la Vía Láctea y, por otro lado, el movimiento de las galaxias también se ve afectado por factores distintos a la materia oscura, explican Jeong y sus colegas. Pero si solo tiene un puñado de galaxias a la vista, como el universo cercano, calcular estos factores disruptivos es más difícil.

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Ayuda de la inteligencia artificial

Para resolver este dilema, el equipo de Jeong y el autor principal, Sungwook Hong de la Universidad de Seúl, utilizaron un nuevo enfoque: utilizaron IA para el mapeo. Primero, entrenaron este programa adaptativo en un conjunto de simulaciones que determinan las características y la distribución de las galaxias, la materia interestelar y la materia oscura. Los investigadores se centraron en conjuntos de datos que contienen muchas galaxias similares a la Vía Láctea y sus alrededores.

Usando estos datos de entrenamiento, la red neuronal artificial aprendió cómo la distancia, luminosidad y movimiento apropiados de las galaxias se relacionan con la densidad y presencia de materia oscura en su entorno. Jeong explica: “Sobre la base de lo que se ha aprendido, el sistema ahora puede reconocer las estructuras detalladas en los nuevos datos y llenar algunos vacíos”.

Para el mapeo real, la IA luego recibió datos del catálogo de galaxias Cosmicflow 3 sobre 17.647 galaxias dentro de los 65 millones de años luz de la Vía Láctea. A partir de esta información, el sistema determinó la distribución y densidad de la materia oscura en nuestra área local.

Mira las cadenas “oscuras”

El mapa creado con inteligencia artificial ahora revela por primera vez cómo se distribuye la materia oscura en nuestro universo local. “La característica más sorprendente que descubrimos es la estructura filamentosa de la red cósmica local”, dicen los investigadores. El mapa muestra claramente que la materia oscura se distribuye a nuestro alrededor en una estructura similar a una cuadrícula. Por tanto, su distribución local es similar a la que también se puede observar en el universo distante.

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Jeong dice: “La existencia de tal mapa de la red cósmica local abre un capítulo completamente nuevo en los estudios cósmicos”. “Porque ahora podemos ver cómo la distribución local de la materia oscura está relacionada con otros datos astronómicos, como las emisiones radiactivas específicas”.

Esto, a su vez, podría proporcionar información sobre la naturaleza aún misteriosa de la materia oscura. Según una hipótesis, las partículas de materia oscura podrían aniquilarse entre sí emitiendo rayos X o rayos gamma. Si esto es cierto, entonces esta irradiancia debería ser correspondientemente más alta en regiones de mayor densidad de materia oscura; la nueva designación ahora permite esta comparación.

Estructura local
El mapa también muestra algunas de las grandes estructuras ya conocidas (en rojo) del universo local. © Hong et. al./ The Astrophysical Journal

Dinámica sutil de nuestro entorno

El nuevo mapa también da una idea de la dinámica y las conexiones gravitacionales de muchos objetos visibles en el universo local. Por ejemplo, muestra varias estructuras grandes conocidas como Vacío de Lokalen, Una región del espacio relativamente vacía, al borde de la cual se encuentra nuestra Vía Láctea. “Los datos de velocidad muestran cómo viaja la materia desde el vacío local hacia las estructuras de filamentos vecinos y los cúmulos galácticos”, explican los investigadores.

Algunas de las cadenas más grandes de la red de guiones gráficos locales también se vuelven visibles en el nuevo mapa. Una de estas cosas fue descubierta en 2015. Puente de materia oscura Entre el Cúmulo Local y el Súper Cúmulo de Virgo, pero también el Muro de Fornax, un hilo que conecta varios cúmulos de galaxias. Según los astrónomos, esto prueba que el nuevo mapa 3D captura bien las interacciones y la dinámica de la materia visible e invisible.

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Estructuras no reconocidas

Pero emocionante: el mapeo también está revelando algunas estructuras nuevas que no se habían descubierto anteriormente. Esto incluye muchos puentes de materia oscura más pequeños que conectan galaxias vecinas. “Con la ayuda del nuevo mapa, ahora sabemos dónde están estas estructuras de filamentos, por lo que podemos examinar directamente estos puentes ocultos entre galaxias”, dice Jeong.

También es nueva la corrección recientemente descubierta de galaxias enanas, cúmulos globulares y corrientes estelares cerca de la Vía Láctea con El nivel local. Esto cubre un área en forma de placa de unos 20 millones de años luz de diámetro, donde la Vía Láctea y la galaxia de Andrómeda están rodeadas por 12 grandes galaxias.

El conocimiento de estas estructuras y distorsiones ahora puede proporcionar más información sobre cómo nuestro entorno cósmico se convirtió en lo que es hoy. “Dado que la materia oscura domina la dinámica del universo, también determina nuestro destino”, dice Jeong. Si conocemos las leyes detrás de su distribución actual, podemos retroceder en el tiempo y comprender la historia cósmica de nuestros vecinos. (Revista de Astrofísica, 2021; Doi: 10.3847 / 1538-4357 / abf040)

Estos son: Universidad Estatal de Pensilvania