Se encuentran ‘cúmulos’ de materia oscura utilizando la teoría de la relatividad general de Einstein
Los astrónomos han utilizado un principio propuesto por primera vez por Albert Einstein hace más de 100 años para mapear la distribución de la materia oscura con un detalle sin precedentes. El método del equipo pudo revelar la presencia de «aglomeraciones» de materia oscura entre galaxias, mostrando cómo esta misteriosa sustancia se distribuye en escalas más pequeñas.
Las fluctuaciones en la materia oscura observada, identificada entre un quásar distante (o fuente de luz brillante alimentada por un agujero negro supermasivo que se alimenta) y una galaxia entre ese quásar y la Tierra, podrían ayudar a limitar las propiedades de la elusiva sustancia.
La materia oscura preocupa a los científicos porque, a pesar de constituir alrededor del 85% de nuestro universo, es efectivamente invisible. Esto se debe a que la materia oscura no interactúa con ninguna radiación electromagnética, incluida la luz visible, o lo hace increíblemente débilmente.
Esto significa que las partículas que componen la materia oscura –cualesquiera que sean– no pueden ser átomos compuestos de electrones, protones y neutrones. Estos son los bariones que componen las cosas cotidianas que forman las estrellas, los planetas, nuestros cuerpos y todo lo que vemos a nuestro alrededor a diario.
Es este enigma el que ha desencadenado una intensa búsqueda de las llamadas partículas de materia oscura.
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Hasta ahora, la única manera que tienen los científicos de inferir la presencia de materia oscura es observando el efecto que tiene sobre la materia «normal» a través de la gravedad. De hecho, cuando los astrónomos hacen esto, descubren que si las galaxias no estuvieran compuestas principalmente de materia oscura, su contenido se desintegraría rápidamente, ya que giran demasiado rápido para mantenerse unidas por la gravedad de la materia visible dentro de ellas.
No sólo se cree que las galaxias están envueltas por halos de materia oscura para evitar tal catástrofe, sino que algunos modelos de materia oscura también sugieren que debería haber acumulaciones de materia oscura dentro de las galaxias, además de llenar el espacio entre ellas.
Un equipo de investigadores de Japón, liderado por Kalki Taro Inoue, de la Universidad de Kindai, decidió utilizar el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) para comprender mejor la distribución de la materia oscura alrededor de una galaxia distante y masiva y encontrar cúmulos de la misteriosa asunto. en el espacio intergaláctico.
Para ello, observaron la luz de un cuásar llamado MG J0414+0534, ubicado a 11 mil millones de años luz de la Tierra, utilizando un efecto llamado lente gravitacional.
Poniendo la materia oscura bajo una lupa cósmica
La lente gravitacional es un concepto que surgió por primera vez de la teoría de la gravedad de Einstein, la relatividad general, publicada en 1915. Este concepto difería radicalmente de la teoría de la gravedad de Newton porque reinventaba la estructura del espacio y el tiempo, unidos como espacio-tiempo cuatridimensional, como un elemento dinámico del universo, no sólo un escenario estático en el que se desarrollan los acontecimientos cósmicos.
Einstein imaginó que los objetos de masa causaban una curvatura o «deformación» en la estructura del espacio-tiempo. Cuanto mayor es la masa, más extrema es la curvatura en el espacio-tiempo. Esto se puede representar como un caso simple en 2D de objetos colocados sobre una lámina de goma estirada. Una bola de bolos dejará una marca más grande en la sábana que una pelota de tenis, del mismo modo que una galaxia forma una curva en el espacio-tiempo más grande que una estrella.
Además, algo realmente interesante sucede cuando un objeto masivo se interpone entre la Tierra y una fuente de luz distante como otra galaxia, una estrella o, en este caso, un quásar. Normalmente, la luz viajaría en línea recta hacia la Tierra, pero cuando pasa por esta curvatura en el espacio, su trayectoria también se vuelve curva. Las masas más cercanas a nuestro planeta que provocan tal curvatura provocan desviaciones más extremas.
Esto significa que la luz de una única fuente puede tomar diferentes caminos alrededor de un objeto masivo y, por lo tanto, llegar al telescopio en diferentes momentos. Esto puede hacer que un solo objeto se ilumine y se amplíe en una imagen, o incluso que aparezca en varias ubicaciones en la misma imagen.
Por lo tanto, el objeto interpuesto se denomina lente gravitacional.
Las lentes gravitacionales pueden ayudar a los científicos a ver objetos que normalmente estarían demasiado distantes y serían demasiado débiles para verlos. Por ejemplo, el Telescopio Espacial James Webb (JWST) ha utilizado lentes gravitacionales con gran efecto para observar galaxias en el universo primitivo.
Pero además de ayudar a los científicos a estudiar el tema de las lentes gravitacionales, el efecto también podría usarse para mapear la distribución de la materia en una galaxia que actúa como una lente cósmica en primer lugar. Esto incluye mapear la materia oscura.
Así, los astrónomos pudieron mapear la distribución de la materia visible y luego inferir la distribución de la materia oscura en las galaxias con lentes.
Inoue y el equipo hicieron esto con la materia oscura de la galaxia que enfocó su cuásar distante, lo que provocó que MG J0414+0534 apareciera cuatro veces en una sola observación con ALMA. Esto permitió a los investigadores capturar la galaxia con una resolución más alta que nunca y mapear su materia oscura a una escala de 30.000 años luz.
También pudieron llevar la aplicación de lentes gravitacionales un paso más allá.
Con la alta resolución de ALMA, los astrónomos pudieron mapear la distribución de los grupos de materia oscura encontrados entre las galaxias y a lo largo de la línea de visión del quásar, a 11 mil millones de años luz de distancia. Los resultados aportados por los investigadores ayudan a confirmar el modelo del universo llamado «materia oscura fría» (CDM), que sugiere que la materia oscura está compuesta de partículas que se mueven lentamente.
Esto se debe a que el modelo de materia oscura del CDM predice que deben existir acumulaciones de materia oscura tanto dentro como fuera de las galaxias, distribuidas por todo el espacio intergaláctico.
La investigación del equipo fue publicada el jueves (7 de septiembre) en La revista astrofísica.
