Una de las preguntas más interesantes e importantes de la cosmología es: “¿Cuánta materia existe en el universo?” Un equipo internacional, formado por científicos de la Universidad de Chiba, ha logrado medir por segunda vez la cantidad total de materia. En un informe publicado en The Astrophysical Journal, el equipo determinó que la materia constituye el 31% de la cantidad total de materia y energía en el universo, y el resto consiste en energía oscura.
“Los cosmólogos creen que sólo alrededor del 20% de la materia total está compuesta de materia regular o ‘bariónica’, que incluye estrellas, galaxias, átomos y vida”, explica el primer autor, el Dr. Mohamed Abdullah, investigador del Instituto Nacional de Investigación de Astronomía y Geofísica-Egipto, Universidad de Chiba, Japón. “Aproximadamente el 80% está compuesto de materia oscura, cuya misteriosa naturaleza aún no se conoce, pero puede consistir en algunas partículas subatómicas aún no descubiertas”.
“El equipo utilizó una técnica bien probada para determinar la cantidad total de materia en el universo, que consiste en comparar el número observado y la masa de cúmulos de galaxias por unidad de volumen con predicciones de simulaciones numéricas”, dice la coautora Gillian Wilson, de Abdullah. ex asesor de posgrado y profesor de Física y vicerrector de investigación, innovación y desarrollo económico en UC Merced.
“El número de cúmulos observados actualmente, la llamada ‘abundancia de cúmulos’, es muy sensible a las condiciones cosmológicas y, en particular, a la cantidad total de materia”.
“Un mayor porcentaje de la materia total del universo daría lugar a la formación de más cúmulos”, afirma Anatoly Klypin de la Universidad de Virginia. “Pero es difícil medir con precisión la masa de cualquier cúmulo de galaxias, ya que la mayor parte de la materia es oscura y no podemos verla directamente con telescopios”.
Para superar esta dificultad, el equipo se vio obligado a utilizar un trazador indirecto de la masa del cúmulo. Se basaron en el hecho de que los cúmulos más masivos contienen más galaxias que los menos masivos (relación de riqueza de masa: MRR). Debido a que las galaxias están formadas por estrellas luminosas, el número de galaxias en cada cúmulo se puede utilizar como una forma de determinar indirectamente su masa total.
Al medir la cantidad de galaxias en cada cúmulo en su muestra del Sloan Digital Sky Survey, el equipo pudo estimar la masa total de cada uno de los cúmulos. Luego pudieron comparar el número y la masa observados de cúmulos de galaxias por unidad de volumen con las predicciones de simulaciones numéricas.
La mejor coincidencia entre observaciones y simulaciones fue con un universo que constaba del 31% de la materia total, un valor que concordaba excelentemente con el obtenido utilizando observaciones del fondo cósmico de microondas (CMB) del satélite Planck. Cabe destacar que CMB es una técnica completamente independiente.
“Hemos logrado realizar la primera medición de la densidad de la materia utilizando el MRR, que concuerda perfectamente con la obtenida por el equipo de Planck utilizando el método CMB”, afirma Tomoaki Ishiyama de la Universidad de Chiba. “Este trabajo demuestra además que la abundancia de cúmulos es una técnica competitiva para limitar los parámetros cosmológicos y es complementaria a técnicas que no son de cúmulos, como las anisotropías CMB, las oscilaciones acústicas bariónicas, las supernovas de tipo Ia o las lentes gravitacionales”.
El equipo atribuye su logro a ser el primero en utilizar con éxito la espectroscopía, la técnica que separa la radiación en un espectro de bandas o colores individuales, para determinar con precisión la distancia a cada cúmulo y las verdaderas galaxias miembros que están unidas gravitacionalmente al cúmulo en lugar de intrusos en segundo plano o en primer plano a lo largo de la línea de visión.
Estudios anteriores que intentaron utilizar la técnica MRR se basaron en técnicas de imágenes mucho más toscas y menos precisas, como el uso de fotografías del cielo tomadas en algunas longitudes de onda, para determinar la distancia a cada cúmulo y las galaxias cercanas que eran verdaderos miembros.
El artículo, publicado en The Astrophysical Journal, no sólo demuestra que la técnica MRR es una herramienta poderosa para determinar parámetros cosmológicos, sino que también explica cómo se puede aplicar a nuevos conjuntos de datos disponibles a partir de imágenes de campo grande, amplio y profundo, y estudios espectroscópicos de galaxias como los realizados con el Telescopio Subaru, el Dark Energy Survey, el Instrumento Espectroscópico de Energía Oscura, el Telescopio Euclid, el Telescopio eROSITA y el Telescopio Espacial James Webb.
Con información de The Astrophysical Journal
