Un equipo de astrónomos del Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ), con la participación del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), ha probado un método para reconstruir el estado del Universo temprano aplicándolo a 4.000 universos simulados. Para ello, han utilizado la supercomputadora ATERUI II, situada en el observatorio japonés y la más rápida del mundo dedicada a las simulaciones en Astronomía.

De esta forma, los investigadores han podido establecer mejores restricciones a la Inflación y acortar el tiempo de observación necesario para distinguir entre varias teorías de este evento, uno de los misterios más importantes de la Astronomía moderna. El trabajo se ha publicado en la revista Physical Review D.

Justo después de que comenzara su existencia hace 13.800 millones de años, el Universo aumentó de repente más de un billón de veces su tamaño en menos de una billonésima de billonésima de microsegundo; pero nadie sabe cómo ni por qué. Esta repentina inflación debería haber creado fluctuaciones de densidad primordial que habrían afectado a la distribución de las galaxias. Por tanto, cartografiar la distribución de las galaxias puede descartar modelos de Inflación que no coincidan con los datos observados.

Sin embargo, existen otros procesos que también afectan a la distribución de las galaxias, lo que dificulta obtener información sobre la Inflación directamente de las observaciones de las estructuras a gran escala del Universo, la red cósmica compuesta por innumerables galaxias. En particular, el crecimiento de grupos de galaxias impulsado por la gravedad puede oscurecer las fluctuaciones de la densidad primordial.

Por este motivo, el equipo dirigido por Masato Shirasaki, profesor asistente en el NAOJ y en el Instituto de Matemáticas Estadísticas (ISN, por sus siglas en inglés) de Japón, pensó en aplicar un "método de reconstrucción" para hacer retroceder el reloj y eliminar los efectos gravitacionales de la estructura a gran escala. Para ello, utilizaron ATERUI II, con la que crearon 4.000 universos simulados, que evolucionaron a través del crecimiento impulsado por la gravedad. Posteriormente, aplicaron este método para ver qué tan bien reconstruía el estado inicial de las simulaciones y hallaron que puede corregir los efectos gravitacionales y mejorar las restricciones sobre las fluctuaciones de densidad primordial.

“Descubrimos que es muy eficaz”, explica Shirasaki. “Usando este método, podemos verificar las teorías de la Inflación con aproximadamente una décima parte de la cantidad de datos, lo que puede acortar el tiempo de observación requerido en próximas misiones de estudio de galaxias, como SuMIRe por el Telescopio Subaru”.

“Investigamos técnicas que permitan dilucidar los mecanismos físicos involucrados en la Inflación cósmica, muy cerca del momento de la creación del Universo”, señala José Alberto Rubiño Martín, investigador del IAC. “Asimismo, este estudio viene a reflejar la larga tradición que tiene el IAC colaborando con Japón. Otro ejemplo de esta colaboración es el Experimento GroundBIRD, instalado en el Observatorio del Teide, un telescopio que estudia la polarización del Fondo Cósmico de Microondas, la luz más antigua del Universo y, por tanto, más cercana a su origen”.

“Estas técnicas de reconstrucción son muy importantes para explotar toda la información cósmica contenida en sondeos de galaxias tales como DESI, EUCLID y JPAS, en los que participamos desde el IAC”, añade Francisco-Shu Kitaura, investigador del IAC que ha intervenido en este desarrollo.

Artículo: Masato Shirasaki, Naonori S. Sugiyama, Ryuichi Takahashi y Francisco-Shu Kitaura. “Constraining Primordial Non-Gaussianity with Post-reconstructed Galaxy Bispectrum in Redshift Space”. Physical Review D, 4 de enero de 2021. DOI: https://journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/PhysRevD.103.023506

Notas de prensa (en inglés):

- Centro de Astrofísica Computacional (CfCA, por sus siglas en inglés): https://www.cfca.nao.ac.jp/en/pr/20210216

- Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ, por sus siglas en inglés): https://www.nao.ac.jp/en/news/science/2021/20210216-cfca.html

Contacto en el IAC:

- Francisco-Shu Kitaura: fkitaura [at] iac.es (fkitaura[at]iac[dot]es)