Astrónomos de la Universidad de Tokio y del Instituto Max Planck de Astrofísica han desarrollado una nueva técnica para analizar mapas tridimensionales de galaxias que descubre información oculta sobre la materia oscura y la energía oscura. El método, denominado 'inferencia a nivel de campo' (FLI), utiliza algoritmos informáticos avanzados para comparar las posiciones relativas de las galaxias en un mapa tridimensional del universo con simulaciones detalladas que representan el crecimiento y comportamiento de las galaxias y los halos de materia oscura.
Tradicionalmente, los astrónomos realizaban encuestas de galaxias capturando imágenes del espacio profundo en placas fotográficas y midiendo la distribución espacial de las galaxias en dos dimensiones. Buscaban responder preguntas como '¿Qué tan cerca están estas galaxias de sus vecinas?' y '¿Qué tan bien están alineadas entre sí?' Las encuestas modernas han añadido una tercera dimensión mediante espectroscopía multi-objeto, que mide el corrimiento al rojo de las galaxias, determinando así su distancia en el universo en expansión. Este avance permitió la creación de mapas tridimensionales del universo, pero los investigadores sospechaban que se perdía información crítica en esta compresión.
El nuevo método FLI trabaja directamente con mapas tridimensionales de galaxias representados en voxeles—píxeles tridimensionales en una cuadrícula. El equipo, dirigido por el astrónomo Minh Nguyen, aplicó FLI junto con un conjunto de algoritmos dentro del sistema LEFTfield, que modela el crecimiento y la agrupación de galaxias desde el universo temprano hasta el presente. Los resultados mostraron una mejora de 3 a 5 veces en detalle y precisión en comparación con funciones de correlación de dos y tres puntos.
Esta información adicional puede ayudar a los científicos a poner a prueba el modelo cosmológico estándar e identificar posibles desviaciones que podrían enriquecer la comprensión del 'universo oscuro.' FLI tiene el potencial de revelar asimetrías en las fluctuaciones cuánticas del Big Bang que llevaron a la formación de galaxias o anomalías en la evolución gravitacional de las galaxias, lo que podría proporcionar nuevas perspectivas sobre la materia oscura o la gravedad misma.
'Con acceso a todo el campo subyacente de materia oscura asociado con el campo galáctico observado, podemos ser más sensibles a los efectos locales,' explicó Nguyen. Tales efectos locales se promedian en el análisis utilizando funciones de n puntos.
El siguiente paso será aplicar FLI a datos reales de instrumentos como el Instrumento de Espectroscopía de Energía Oscura en el Observatorio Nacional Kitt Peak, el Espectrógrafo del Telescopio Subaru y la misión Euclid de la Agencia Espacial Europea. Se prevén aplicaciones futuras con datos del Observatorio Vera C. Rubin y del Telescopio Espacial Nancy Grace Roman.
Fabian Schmidt, uno de los coautores del estudio, señaló: 'Es bastante elegante, considerando que no podemos observar la materia oscura directamente, y complementa los mapas de materia oscura construidos a partir de lentes gravitacionales.'
Este nuevo método de análisis podría no solo mejorar la comprensión de la distribución de galaxias en el universo, sino también llevar a descubrimientos sobre los orígenes de todo lo que observamos en el espacio.