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The Baryon Picture of the Cosmos

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Revelación de uno de los secretos mejor guardados del universo

Un grupo de investigadores de la Unión Europea recurren al pensamiento creativo para responder a una de las preguntas más enigmáticas del universo.

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Sabemos que el universo está formado por partículas subatómicas pesadas denominadas «bariones». Planetas, cometas, asteroides, estrellas, agujeros negros... todos están compuestos de materia bariónica. Sin embargo, los astrofísicos y cosmólogos no consiguen averiguar dónde están los bariones. «Sabemos que están ahí fuera, pero no hemos sido capaces de encontrarlos», afirma Nabila Aghanim, astrofísica y cosmóloga del Instituto de Astrofísica Espacial, dependiente del Centre Nationale de la Recherche Scientifique y la Universidad de París Saclay.. Con el apoyo del proyecto ByoPiC, financiado con fondos europeos, Aghanim y su equipo se propusieron desvelar uno de los secretos mejor guardados del universo.

Combinación de teoría de grafos, aprendizaje automático y física estadística

El primer paso en este juego cósmico del escondite fue detectar los filamentos de la red cósmica. «Rápidamente descubrimos que los métodos de detección existentes no eran capaces de abordar adecuadamente la distribución real de las galaxias», explica Aghanim. «Así que no solo decidimos utilizar los métodos existentes, sino también desarrollar los nuestros». El resultado es T-ReX, un algoritmo que combina la teoría de grafos, el aprendizaje automático y los principios de la física estadística. «A diferencia de otros métodos, T-ReX puede aplicarse directamente a la distribución real de galaxias», añade Aghanim. Encontrar los bariones ocultos también requería mapas del cielo. Como nada se ajustaba exactamente a sus necesidades, el equipo del proyecto, que recibía ayudas del Consejo Europeo de Investigación (CEI), volvió a tomar cartas en el asunto. En concreto, los investigadores construyeron un nuevo mapa Planck Sunyaev-Zeldovich para satisfacer sus requisitos exactos.

Hallan bariones desaparecidos en los filamentos de la red cósmica

Con los algoritmos y mapas en la mano, los investigadores empezaron a buscar en los cielos. Lo que encontraron fueron pruebas de la presencia de los bariones desaparecidos en los filamentos de la red cósmica, donde adoptan la forma de gas ionizado caliente o tibio. La red cósmica se compone de materia oscura, gas y galaxias. Según Aghanim, este descubrimiento supuso un gran avance para la cosmología y un momento decisivo para el proyecto ByoPiC. «Desde los años noventa del siglo pasado, las simulaciones han demostrado que los bariones desaparecidos deberían encontrarse en los entornos de baja densidad de la red cósmica, como los filamentos», señala Aghanim. «Nuestra investigación ha confirmado finalmente esta suposición largamente sostenida». Otros resultados clave del proyecto son la caracterización de las propiedades de los filamentos en simulaciones numéricas y nuevos conocimientos sobre el impacto de la red cósmica en las propiedades de los cúmulos y grupos de galaxias. Los investigadores también desvelaron la información cosmológica que contienen los elementos de la red cósmica.

Asumir riesgos puede dar lugar a descubrimientos científicos revolucionarios

Aghanim afirma que estaba dispuesta a apostar a que la clave para encontrar los bariones desaparecidos del universo era combinar datos complementarios. La subvención del CEI le permitió hacer dicha apuesta. «Sin duda era un riesgo, pero, como demuestran nuestros descubrimientos, a veces hay que arriesgarse para ir más allá de lo establecido», concluye Aghanim. A partir de los avances del equipo del proyecto ByoPiC, Aghanim y su equipo trabajan para ampliar su investigación a ámbitos como la determinación de la fracción de bariones desaparecidos en las mayores estructuras de la red cósmica. También pretenden transferir algunas de las herramientas y tecnologías desarrolladas durante el proyecto para su uso en imágenes biomédicas.

Palabras clave

ByoPic, universo, bariones, planetas, cometas, asteroides, estrellas, agujeros negros, materia bariónica, astrofísicos, cosmólogos, teoría de grafos, aprendizaje automático, física estadística, red cósmica, galaxia

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