Reconstrucción del estado más antiguo del universo

Justo después de que el universo comenzara a existir hace 13.800 millones de años, aumentó repentinamente de tamaño, volviéndose más de un billón de veces más grande en menos de una billonésima de billonésima de microsegundo; pero nadie sabe cómo ni por qué. Esta repentina y colosal expansión, conocida como "inflación cósmica", es uno de los misterios más importantes de la astronomía moderna.

La inflación cósmica creó fluctuaciones de densidad primordiales que afectaron a la distribución de los lugares donde se desarrollaron las galaxias. Así, cartografiar la distribución de las galaxias permite descartar modelos teóricos de inflación que no se ajusten a los datos observados.

Sin embargo, otros procesos distintos de la inflación también influyen en la distribución de las galaxias, lo que dificulta la obtención de información sobre la inflación directamente a partir de las observaciones de la estructura a gran escala del universo. Esa estructura a gran escala consiste básicamente en el entramado cósmico formado por innumerables galaxias. En particular, el crecimiento de grupos de galaxias impulsado por la gravedad puede ocultar las fluctuaciones de densidad primordiales.

El equipo de investigación dirigido por Masato Shirasaki, del Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ), decidió aplicar un método de reconstrucción para hacer retroceder el reloj y eliminar los efectos gravitatorios de la estructura a gran escala. Los investigadores utilizaron el ATERUI II, el supercomputador más rápido del mundo de entre todos los dedicados a las simulaciones astronómicas, para crear 4.000 universos simulados y hacerlos evolucionar mediante un crecimiento impulsado por la gravedad. A continuación, aplicaron este método para comprobar lo bien que reconstruía el estado inicial de las simulaciones. El equipo verificó que su método puede corregir los efectos gravitatorios y ayudar a clarificar los detalles de las fluctuaciones de densidad primordiales.

Esquema de la evolución del universo desde la inflación cósmica (izquierda) hasta el presente (derecha), dominado por una expansión del universo a un ritmo mucho menor. En las simulaciones, el nuevo método de reconstrucción hace retroceder la evolución de derecha a izquierda si tomamos como referencia esta ilustración. El método permite reproducir las fluctuaciones de densidad primordiales a partir de la distribución actual de las galaxias. (Imagen: The Institute of Statistical Mathematics)

Utilizando este método, será posible verificar las teorías de la inflación cósmica con aproximadamente una décima parte de la cantidad de datos que ahora es necesaria. Por lo tanto, este método puede acortar el tiempo de observación necesario en las próximas misiones de estudio de galaxias, como SuMIRe del telescopio Subaru del NAOJ.

En la investigación también han trabajado Naonori S. Sugiyama del NAOJ, Ryuichi Takahashi de la Universidad de Hirosaki en Japón y Francisco-Shu Kitaura del Instituto de Astrofísica de Canarias en España. El estudio, titulado "Constraining Primordial Non-Gaussianity with Post-reconstructed Galaxy Bispectrum in Redshift Space", se ha publicado en la revista académica Physical Review D. (Fuente: NCYT de Amazings)