CONMOCIÓN: detectan por primera vez la materia oscura del Big Bang


Los científicos han descubierto materia oscura alrededor de galaxias que existieron hace unos 12 mil millones de años, la detección más temprana hasta ahora de esta misteriosa sustancia que domina el universo.

Los hallazgos, logrados por una colaboración dirigida por investigadores de la Universidad Nagoya de Japón, sugieren que la materia oscura en el universo primitivo es menos ‘grumosa’ de lo que predicen muchos modelos cosmológicos actuales. Si más trabajos confirman esta teoría, podría cambiar la comprensión de los científicos sobre cómo evolucionan las galaxias y sugerir que las reglas fundamentales que rigen el cosmos podrían haber sido diferentes cuando el universo de 13.700 millones de años tenía solo 1.700 millones de años.

El residuo de radiación del Big Bang, distorsionado por la materia oscura hace 12 mil millones de años. Crédito: Reiko Matsushita

La clave para cartografiar la materia oscura en el universo primitivo es el fondo cósmico de microondas (CMB), una especie de radiación fósil remanente del Big Bang que se distribuye por todo el cosmos.

«Mira la materia oscura alrededor de las galaxias distantes? Fue una idea loca Nadie se dio cuenta de que podíamos hacer esto»,
El profesor de la Universidad de Tokio Masami Ouchi dijo en una declaración. «Pero después de dar una charla sobre un gran muestra de una galaxia lejana, Hironao se me acercó y me dijo puede ser posible mirar la materia oscura alrededor estas galaxias con el CMB».

Debido a que la luz tarda un tiempo finito en viajar desde objetos distantes a la Tierra, los astrónomos ven otras galaxias tal como existían cuando la luz observada las abandonó. Cuanto más distante una galaxia, más tiempo ha estado viajando la luz hacia nosotros y, por lo tanto, más atrás en el tiempo las vemos, por lo que vemos las galaxias más distantes como eran hace miles de millones de años, en el universo infantil.

Observar la materia oscura es aún más complicado. La materia oscura es la sustancia misteriosa que constituye alrededor del 85% de la masa total del universo. No interactúa con la materia y la luz como la materia cotidiana hecha de protones y neutrones que llena las estrellas, los planetas y nosotros.

Detección de materia oscura ‘temprana’

Para ‘ver’ la materia oscura, los astrónomos deben confiar en su interacción con la gravedad.

Según la teoría de la relatividad de Einstein, los objetos de enorme masa provocan la curvatura del espacio-tiempo. Una analogía común es una hoja de goma elástica que sostiene bolas de masa creciente. Cuanto mayor es la masa, mayor es la ‘abolladura’ que causa en la lámina. Del mismo modo, cuanto más grande es el objeto cósmico, más extrema es la deformación del espacio-tiempo que provoca.

Los objetos masivos como las galaxias hacen que el espacio-tiempo se curve con tanta fuerza que la luz de las fuentes detrás de una galaxia se curva, al igual que se desviaría la trayectoria de una canica rodada sobre la lámina de goma estirada. Este efecto cambia la posición de la fuente de luz en el cielo, un fenómeno llamado lente gravitacional.

Para estudiar la distribución de la materia oscura en una galaxia, los astrónomos pueden observar cómo cambia la luz de una fuente detrás de esa galaxia a medida que pasa por la ‘galaxia lente’. Cuanta más materia oscura contiene una lente de galaxia, mayor es la distorsión de la luz que pasa por ella.

Pero la técnica tiene limitaciones.

Debido a que las galaxias más tempranas y distantes son muy débiles, a medida que los astrónomos miran más profundamente en el universo y más atrás en el tiempo, el efecto de lente se vuelve más sutil y difícil de ver y los científicos necesitan muchas fuentes de fondo y muchas galaxias tempranas para Lentes puntuales por materia oscura. Este problema ha limitado el mapeo de la distribución de la materia oscura a las galaxias que tienen entre 8 y 10 mil millones de años.

Pero el CMB proporciona una fuente de luz más antigua que cualquier galaxia. El CMB es una radiación ubicua que se creó cuando el universo se enfrió lo suficiente como para permitir la formación de átomos, reduciendo la cantidad de electrones libres que dispersan fotones en un momento que los cosmólogos llaman «la última dispersión». La reducción de electrones libres permitió que los fotones viajaran libremente, lo que significa que el universo de repente dejó de ser opaco y se volvió transparente a la luz.

Y al igual que la luz de otras fuentes distantes, el CMB puede ser distorsionado por galaxias con materia oscura debido a lentes gravitacionales.

«La mayoría de los investigadores utilizan galaxias fuente para medir la distribución de la materia oscura desde el presente hasta hace 8.000 millones de años», dijo en el comunicado el profesor asistente de la Universidad de Tokio, Yuichi Harikane. «Sin embargo, podríamos mirar más atrás en el pasado porque usamos el CMB más distante para medir la materia oscura».

El equipo combinó distorsiones de lentes de una gran muestra de galaxias antiguas con las del CMB para detectar materia oscura que se remonta a cuando el universo tenía solo 1.700 millones de años. Y esta antigua materia oscura pinta un cuadro cósmico muy diferente.

«Por primera vez, estábamos midiendo la materia oscura desde casi los primeros momentos del universo», dijo Harikane. «Hace 12 mil millones de años, las cosas eran muy diferentes. Ves más galaxias en proceso de formación que en el presente; los primeros cúmulos de galaxias también están comenzando a formarse».

Estos cúmulos pueden estar compuestos por entre 100 y 1000 galaxias unidas a grandes cantidades de materia oscura por la gravedad.

¿La materia oscura es grumosa?

Uno de los aspectos más significativos de los hallazgos del equipo es la posibilidad de que la materia oscura sea menos grumosa en el universo primitivo de lo que sugieren muchos modelos actuales.

Por ejemplo, el modelo Lambda-CDM ampliamente aceptado sugiere que las pequeñas fluctuaciones en el CMB deberían haber resultado en la creación de bolsas de materia densamente empaquetadas por la gravedad. Estas fluctuaciones eventualmente hacen que la materia colapse para formar galaxias, estrellas y planetas, y también deberían dar como resultado bolsas densas de materia oscura.

«Nuestro hallazgo aún es incierto», dijo Harikane. «Pero si es cierto, sugeriría que todo el modelo tiene fallas a medida que se retrocede en el tiempo. Esto es emocionante porque si el resultado se mantiene después de que se reduzcan las incertidumbres, podría sugerir una mejora del modelo que puede proporcionar información». en la naturaleza de la materia oscura misma».

El equipo continuará recopilando datos para evaluar si el modelo Lambda-CDM se ajusta a las observaciones de materia oscura en el universo primitivo o si es necesario revisar las suposiciones detrás del modelo.

Los datos utilizados por el equipo para llegar a sus hallazgos se originaron en la Encuesta Subaru Hyper Suprime-Cam, que analiza los datos de un telescopio en Hawai’i. Pero los investigadores han utilizado solo un tercio de estos datos hasta el momento, lo que significa que podría estar disponible un mejor mapa de distribución de materia oscura a medida que se incorporan el resto de las observaciones.

El equipo también espera con interés los datos del Legacy Survey of Space and Time (LSST) del Observatorio Vera C. Rubin, que podrían permitir a los investigadores observar la materia oscura incluso más atrás en el tiempo.

«LSST nos permitirá observar la mitad del cielo», dijo Harikane. «No veo ninguna razón por la que no podamos ver la distribución de la materia oscura hace 13 mil millones de años».

La investigación del equipo se publicó el 1 de agosto en la revista Physical Review Letters.

Con información de Space.com

4 comentarios en “CONMOCIÓN: detectan por primera vez la materia oscura del Big Bang

  1. Hagamos una analogia. Vease su reloj. Con mas o cerca de 300 piezas. Algun diseñador o creador intervino en traer a la realidad el reloj. Obvio que el reloj que que tienes en la mano, no salio de la nada.
    Pues bien, asi es universo, tiene un diseñador y creador.

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