Un modelo de materia oscura exótica sugiere que las primeras estrellas pueden haberse formado no como individuos, sino como pequeños bolsillos incrustados en láminas gigantes con forma de panqueque. Esto habría llevado a la formación de estrellas verdaderamente gigantescas que el Telescopio Espacial James Webb podría detectar, dice un equipo de investigación.
Los astrónomos tienen una gran cantidad de evidencia que sugiere que la gran mayoría de toda la materia del universo es materia oscura, lo que significa que no interactúa con la luz o la materia normal. Por ejemplo, las estrellas giran alrededor de los centros de sus galaxias demasiado rápido dada la gravedad de toda la materia que podemos ver. Lo mismo sucede cuando observamos los movimientos de las galaxias dentro de los cúmulos. Y la red cósmica, la disposición de galaxias de gran estructura en todo el universo, apareció y se desarrolló demasiado rápido dada la escasa cantidad de gravedad proporcionada por todos los objetos visibles.
Entonces, una gran parte de nuestro universo es invisible, pero aún no sabemos de qué está hecha esa parte oscura. Una sugerencia popular se conoce como materia oscura fría, lo que significa que la materia oscura está hecha de algún tipo de partícula exótica que generalmente viaja mucho más lento que la velocidad de la luz. Si bien este modelo es enormemente exitoso, puede explicar todas las extrañas observaciones de galaxias y estructuras, tiene algunas deficiencias.
Por un lado, el modelo de materia oscura fría lucha a escalas más pequeñas que las galaxias. Por ejemplo, el modelo predice mucho más material en los centros de las galaxias de lo que observamos y predice muchas más galaxias satélite pequeñas de las que podemos detectar.
Una idea para evitar esto es hacer que la materia oscura fría sea un poco “borrosa”. Si la materia oscura está hecha de una partícula increíblemente pequeña, digamos, 10 ^ 22 veces más pequeña que un electrón, entonces sería lo suficientemente ligera como para que su naturaleza ondulatoria mecánica cuántica apareciera a gran escala. Entonces, en lugar de que estas partículas existan como objetos puntuales, serían borrosas y sus identidades se extenderían en regiones tan grandes como 1,000 años luz.
una nueva receta
Al hacer que la materia oscura sea borrosa, esta naturaleza ondulatoria de la partícula la dispersa de manera efectiva a grandes distancias, lo que resuelve muchos de los problemas de acumulación que enfrenta la materia oscura fría. En otras palabras, este modelo evita que la materia oscura construya estructuras de menos de 1.000 años luz.
Debido a que este modelo ha sido diseñado para explicar las observaciones existentes, para hacer el trabajo de la ciencia, debemos salir y encontrar alguna nueva forma de probar la idea. Esa es la motivación detrás de un nuevo artículo presentado para su publicación en The Astrophysical Journal Letters y disponible como preimpresión a través de arXiv.
En el artículo, los astrónomos desarrollaron simulaciones por computadora del universo primitivo y la aparición de las primeras estrellas. Permitieron que la materia oscura fuera “borrosa” y observaron cómo eso cambiaba la evolución de la materia normal y el desarrollo de las estrellas.
Las estrellas y las galaxias necesitan materia oscura para formarse. Debido a que el universo está en constante expansión, se necesita mucha gravedad para juntar un grupo de gas y obtener densidades lo suficientemente altas como para desencadenar la fusión y el comienzo de la formación estelar. Y simplemente no hay suficiente materia normal en el universo para que eso suceda. Pero los cúmulos de materia oscura en el universo primitivo sirven como incubadoras gravitatorias, atrayendo suficiente materia normal para formar estrellas y galaxias.
Entonces, si cambias las propiedades de la materia oscura, como haciéndola borrosa, cambias la forma en que evolucionan las estrellas y las galaxias.
Bultos en la masa
En sus simulaciones, los investigadores encontraron que cuando la materia oscura se vuelve borrosa, cambia la narrativa de cómo se forman las estrellas. En la materia oscura fría regular, las estrellas primero brillan enterradas profundamente dentro de pequeños bolsillos individuales esparcidos por todo el cosmos. Pero con la materia oscura difusa, primero se forman láminas gigantescas bidimensionales que se asemejan a panqueques.
El panqueque luego se fragmenta rápidamente en bolsas individuales que eventualmente se convierten en estrellas. Entonces, pase lo que pase, puebla un universo con una colección de estrellas, como en los escenarios normales de materia oscura fría. Pero los investigadores encontraron una diferencia observable clave.
Debido a que los panqueques bidimensionales tienen tanta masa y colapsan tan rápido, la primera generación de estrellas es mucho más grande de lo que predicen los escenarios de materia oscura fría. Estas primeras estrellas en modelos de materia oscura difusa pueden alcanzar hasta un millón de veces la masa del sol, donde la materia oscura fría puede producir, en el mejor de los casos, estrellas unos cientos de veces más grandes que el sol.
Debido a sus enormes tamaños, las estrellas no vivirían mucho tiempo. Y en un abrir y cerrar de ojos, la primera generación de estrellas desaparecería en una furiosa tormenta de explosiones de supernova. A partir de ahí, con los panqueques disipados, comenzaría la formación estelar normal y el universo comenzaría a parecerse más al nuestro.
Aunque el telescopio espacial James Webb no podrá observar directamente las primeras estrellas que aparecen en el universo, es capaz de obtener imágenes de algunas de las primeras galaxias, que podrían contener algunos restos de la generación primordial de estrellas. Los investigadores predicen que si Webb no ve estrellas de primera generación, eso podría ser evidencia para el escenario del equipo, porque en su modelo, todas las estrellas de primera generación mueren rápidamente.
Alternativamente, Webb podría detectar los restos de la radiación de la intensa ronda de supernovas.
Sin embargo, cuando se trata de materia oscura, es imposible saber qué podría cocinar el universo.
Con información de Space.com
