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17 jun. 2020

¿Giraba el universo primitivo?

Un análisis de más de 200.000 galaxias espirales ha revelado vínculos inesperados entre las direcciones de giro de las galaxias, y la estructura formada por estos vínculos podría sugerir que el universo primitivo podría haber estado girando, según un estudio de la Universidad Estatal de Kansas.

(Foto: Kansas State University)
Lior Shamir, astrónomo computacional y científico informático de la K-State, presentó los resultados en la 236ª reunión de la Sociedad Astronómica Americana, en junio de 2020. Dichos resultados son significativos porque las observaciones entran en conflicto con algunas suposiciones previas sobre la estructura a gran escala del universo.

Desde la época de Edwin Hubble, los astrónomos han creído que el universo se está expandiendo sin una dirección en particular y que las galaxias que lo componen están distribuidas sin una estructura cosmológica concreta. Pero las recientes observaciones de Shamir sobre los patrones geométricos de más de 200.000 galaxias espirales sugieren que el universo podría tener una estructura definida y que el universo primitivo podría haber estado girando. Los patrones en la distribución de estas galaxias sugieren que las galaxias espirales en diferentes partes del universo, separadas tanto por el espacio como por el tiempo, están relacionadas a través de las direcciones hacia las que giran, según el estudio.

"La ciencia de los datos en astronomía no solo ha hecho que la investigación astronómica sea más efectiva, sino que también nos permite observar el universo de una manera completamente diferente", dijo Shamir. "El patrón geométrico exhibido por la distribución de las galaxias espirales es claro, pero sólo puede ser observado cuando se analiza un gran número de objetos astronómicos".

Una galaxia espiral es un objeto astronómico único porque su apariencia visual depende de la perspectiva del observador. Por ejemplo, una galaxia espiral que gira en el sentido de las agujas del reloj cuando se observa desde la Tierra, parecería girar en sentido contrario a las agujas del reloj cuando el observador está situado en el lado opuesto de esa galaxia. Si el universo es isotrópico y no tiene una estructura particular, como han predicho los astrónomos anteriores, el número de galaxias que giran en el sentido de las agujas del reloj sería aproximadamente igual al número de galaxias que giran en sentido contrario a las agujas del reloj. Shamir utilizó datos de los telescopios modernos para mostrar que este no es el caso.

Con los telescopios tradicionales, contar las galaxias en el universo es una tarea desalentadora. Pero los modernos telescopios robóticos como el Sloan Digital Sky Survey, o SDSS, y el Panoramic Survey Telescope and Rapid Response System, o Pan-STARRS, son capaces de tomar imágenes de muchos millones de galaxias automáticamente mientras observan el cielo. La visión artificial puede entonces clasificar millones de galaxias por su dirección de giro mucho más rápido que cualquier persona o grupo de personas.

Cuando se compara el número de galaxias con diferentes direcciones de giro, el número de galaxias que giran en el sentido de las agujas del reloj no es igual al número de galaxias que giran en sentido contrario a las agujas del reloj. La diferencia es pequeña, poco más del 2%, pero con el elevado número de galaxias existente, hay una probabilidad de menos de 1 a 4 mil millones de tener tal asimetría por casualidad, según la investigación de Shamir.

Los patrones abarcan más de 4.000 millones de años luz, pero la asimetría en ese rango no es uniforme. El estudio encontró que la asimetría aumenta cuando las galaxias están más distantes de la Tierra, lo que muestra que el universo temprano era más consistente y menos caótico que el universo actual.

Pero los patrones no solo muestran que el universo no es simétrico, sino también que la asimetría cambia en diferentes partes del universo, y las diferencias exhiben un patrón único de multipolos.

"Si el universo tiene un eje, no es un simple eje único como un tiovivo", dijo Shamir. "Es una compleja alineación de múltiples ejes que también tienen una cierta deriva".

El concepto de multipolos cosmológicos no es nuevo. Observatorios espaciales anteriores, como el Explorador del Fondo Cósmico, o COBE, el Wilkinson Microwave Anisotropy Probe, o la misión WMAP, y el observatorio Planck, mostraron que el fondo cósmico de microondas, que es la radiación electromagnética del universo muy temprano, también exhibe múltiples polos. Pero la medición del fondo cósmico de microondas es sensible a la contaminación en primer plano - como la obstrucción de la Vía Láctea - y no puede mostrar cómo estos polos cambiaron con el tiempo. La asimetría entre las direcciones de giro de las galaxias espirales es una medida que no es sensible a la obstrucción. Lo que puede obstruir las galaxias que giran en una dirección en un cierto campo necesariamente también obstruirá las galaxias que giran en sentido contrario.

"No hay ningún error o contaminación que pueda exhibirse a través de tales patrones únicos, complejos y consistentes", dijo Shamir. "Tenemos dos estudios diferentes del cielo que muestran exactamente los mismos patrones, incluso cuando las galaxias son completamente diferentes. No hay ningún error que pueda llevar a eso. Este es el universo en el que vivimos. Este es nuestro hogar".

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