Una observación de materia oscura realizada en el borde del Universo

Investigadores japoneses han podido estudiar la naturaleza de la materia oscura que rodea las galaxias tal como eran hace doce mil millones de años, retrasando varios miles de millones de años luz la observación de esta misteriosa sustancia que domina el Universo. Su trabajo se publica en Physical Review Letters.

Materia oscura y lentes gravitacionales

Considere estos dos puntos primero. Comencemos con la materia oscura. Sabemos que la velocidad a la que debe moverse una estrella para permanecer en su órbita depende de la fuerza de gravedad que la atrae hacia el centro de su galaxia, y por tanto de la masa de ésta. Con el tiempo, nos dimos cuenta de que la cantidad de materia visible disponible para mantener en órbita a las estrellas de nuestra galaxia era insuficiente. Por tanto, se ha sugerido la existencia de una forma de materia suplementaria exótica capaz de explicar estos movimientos. Esta sustancia que no emite, absorbe ni refleja ninguna luz se llama “materia oscura”. Ahora se estima que ella compone alrededor del 26,8% del Universo.

Continuemos con el efecto de lente gravitacional. Sabemos que la gravedad (y por lo tanto la masa) deforma el tejido mismo del espacio-tiempo. Cuanto más masivo es un objeto, mayor es la curvatura de la estructura del espacio-tiempo. Bajo estas condiciones, la luz de una galaxia de fondo que pasa a través de esta área será inevitablemente curvo, pero también amplificado. Por lo tanto, este efecto permite visualizar galaxias distantes que de otro modo habrían sido invisibles.

Volvamos a nuestro estudio. Durante sus análisis destinados a definir la verdadera naturaleza de la materia oscura, los investigadores a veces se basan en el fenómeno de las lentes gravitacionales. Concretamente, la atracción gravitatoria de una galaxia en primer plano, incluida su materia oscura, distorsionará la luz de una galaxia situada en segundo plano. Cuanto mayor sea la cantidad de materia oscura, mayor será la distorsión. Entonces, los científicos pueden medir la cantidad de materia oscura alrededor de la galaxia en primer plano (la galaxia “lente”) a partir de esta distorsión.

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Un efecto claramente visible de lentes gravitacionales. Créditos: Wikimedia Commons/ESA/Hubble y NASA

Las secuelas del Big Bang

Más allá de cierto punto, las galaxias se vuelven increíblemente débiles. Por lo tanto, cuanto más retroceda en el tiempo, menos efectiva será la técnica. Incapaces de detectar suficientes galaxias fuente distantes para medir la distorsión de su luz, la mayoría de los estudios previos solo han podido analizar la materia oscura que data de hace mucho tiempo. máximo de ocho a diez mil millones de años. Por lo tanto, estas limitaciones han dejado abierta la cuestión de la distribución de la materia oscura entre este tiempo y el Big Bang operado hace unos 13.700 millones de años.

Para superar estos desafíos, un equipo dirigido por Hironao Miyatake de la Universidad de Nagoya se basó en una fuente diferente: microondas del fondo cósmico de microondas (CMB), el residuo de radiación del Big Bang. Recuerde que de acuerdo con el modelo estándar de cosmología, esta radiación se emitió aproximadamente 380.000 años después del Big Bangcuando el Universo observable era aún mucho más pequeño, más denso y más caliente que el actual.

Para este trabajo, los investigadores primero usaron datos de las observaciones de Subaru Hyper Suprime-Cam Survey (HSC) para identificar 1,5 millones de “galaxias lentes” visto como estaban allí hace doce mil millones de años, sólo 1.700 millones de años después del comienzo del Universo. Usando el satélite Planck, de la Agencia Espacial Europea (ESA), el equipo midió cómo la materia oscura alrededor de estas galaxias distorsionaba estas famosas microondas.

Esta es la primera vez que esta sustancia misteriosa pero tan importante ha sido detectada a una distancia tan lejana.

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Representación artística del Big Bang. Créditos: ESA

¿Un modelo a refinar?

Uno de los hallazgos más interesantes de este estudio está relacionado con la aglomeración de este material. De acuerdo con la teoría estándar de la cosmología, el modelo Lambda-CDM, las sutiles fluctuaciones en el fondo cósmico de microondas forman charcos de materia densa al atraer la materia circundante por la gravedad. Esto tiene el efecto de crear cúmulos no homogéneos que forman estrellas y galaxias en estas densas regiones. Los resultados del grupo sugieren que su medida de aglutinación fue más bajo que el predicho por el modelo Lambda-CDM.

Si se confirma el hallazgo, sugeriría que todo el modelo podría estar defectuoso a medida que retrocede en el tiempo. Un modelo más refinado podría dar a los astrónomos una mayor comprensión de la naturaleza misma de la materia oscura.

Tenga en cuenta que estos trabajos no están terminados. Los investigadores solo observaron un tercio de los datos de la encuesta Subaru Hyper Suprime-Cam. El próximo paso será analizar todos los datos, lo que potencialmente podría proporcionar una medición más precisa de la distribución de la materia oscura.