En pocas palabras, se cree que Dark Matter no solo constituye la mayor parte de la masa del Universo, sino que también actúa como el andamiaje sobre el que se construyen las galaxias. Pero para encontrar evidencia de esta masa misteriosa e invisible, los científicos se ven obligados a confiar en métodos indirectos similares a los utilizados para estudiar los agujeros negros. Esencialmente, miden cómo la presencia de Dark Matter afecta a las estrellas y galaxias cercanas.
Hasta la fecha, los astrónomos han logrado encontrar evidencia de grupos de materia oscura alrededor de galaxias medianas y grandes. Usando datos de la telescopio espacial Hubble y una nueva técnica de observación, un equipo de astrónomos de UCLA y NASA JPL descubrió que la materia oscura puede formar grupos mucho más pequeños de lo que se pensaba anteriormente. Estos hallazgos fueron presentados esta semana en la 235ª reunión de la American Astronomical Society (AAS).
La teoría más ampliamente aceptada sobre Dark Matter afirma que no está compuesta de la misma materia que bariónica (también conocida como materia normal o "luminosa"), es decir, protones, neutrones y electrones. En cambio, la materia oscura se teoriza para estar compuesta de algún tipo de partícula subatómica desconocida que interactúa con la materia normal solo a través de la gravedad, la más débil de las fuerzas fundamentales, siendo las otras fuerzas nucleares electromagnéticas, fuertes y débiles.
Otra teoría ampliamente aceptada afirma que Dark Matter se mueve lentamente en comparación con otros tipos de partículas y, por lo tanto, es propenso a la aglomeración. De acuerdo con esta idea, el Universo debería contener una amplia gama de concentraciones de materia oscura, que van de pequeñas a grandes. Sin embargo, hasta ahora, nunca se han observado pequeñas concentraciones.
Utilizando los datos obtenidos por la cámara de campo amplio Hubble 3 (WFC3), el equipo de investigación buscó encontrar evidencia de estos pequeños grupos midiendo la luz de los núcleos brillantes de ocho galaxias distantes (también conocidos como cuásares) para ver cómo se ve afectada a medida que viaja a través del espacio Esta técnica, utilizada comúnmente por los astrónomos para estudiar galaxias distantes, cúmulos estelares e incluso exoplanetas, se conoce como lente gravitacional.
Originalmente predicho por la Teoría de la relatividad general de Einstein, esta técnica se basa en la fuerza gravitacional de los grandes objetos cósmicos para deformar y magnificar la luz de objetos más distantes. Daniel Gilman de UCLA, que era miembro del equipo de observación, explicó el proceso de la siguiente manera:
“Imagina que cada una de estas ocho galaxias es una lupa gigante. Pequeños grupos de materia oscura actúan como pequeñas grietas en la lupa, alterando el brillo y la posición de las cuatro imágenes del cuásar en comparación con lo que esperaría ver si el vidrio fuera liso ".
Como se esperaba, el Hubble las imágenes mostraron que la luz proveniente de estos ocho cuásares estaba sujeta a un efecto de lente que es consistente con la presencia de pequeños grupos a lo largo de la línea de visión del telescopio y dentro y alrededor de las galaxias de lentes en primer plano. Los ocho cuásares y galaxias se alinearon de manera tan precisa que el efecto de deformación produjo cuatro imágenes distorsionadas de cada cuásar.
Utilizando programas informáticos elaborados y técnicas de reconstrucción intensivas, el equipo comparó el nivel de distorsión con predicciones de cómo aparecerían los cuásares sin la influencia de la materia oscura. Estas mediciones también se utilizaron para calcular las masas de las concentraciones de materia oscura, lo que indicaba que eran de 1 / 10,000 a 1 / 100,000 veces la masa del halo de Materia Oscura de la Vía Láctea.
Además de ser la primera vez que se han observado pequeñas concentraciones, los resultados del equipo confirman una de las predicciones fundamentales de la teoría de la "Materia oscura fría". Esta teoría postula que dado que Dark Matter se mueve lentamente (o "frío"), es capaz de formar estructuras que van desde pequeñas concentraciones hasta tremendas que son varias veces la masa de la Vía Láctea.
Esta teoría también establece que todas las galaxias del Universo se formaron dentro de nubes de Materia Oscura conocidas como "halos" y se incrustaron en ellas. En lugar de evidencia de aglomeraciones a pequeña escala, algunos investigadores han sugerido que Dark Matter en realidad podría ser "cálido", es decir, de movimiento rápido, y por lo tanto demasiado rápido para formar concentraciones más pequeñas.
Sin embargo, las nuevas observaciones ofrecen una prueba definitiva de que la teoría de Cold Dark Matter y el modelo cosmológico que soporta, el modelo Lambda Cold Dark Matter (? CDM), es correcta. Como explicó el miembro del equipo Prof. Tommaso Treu de la Universidad de California, Los Ángeles (UCLA), estos últimos Hubble Las observaciones arrojan nuevos conocimientos sobre la naturaleza de la materia oscura y cómo se comporta.
"Hicimos una prueba de observación muy convincente para el modelo de materia oscura fría y pasa con gran éxito", dijo. "Es increíble que después de casi 30 años de operación, Hubble esté permitiendo vistas de vanguardia de la física fundamental y la naturaleza del universo que ni siquiera soñamos cuando se lanzó el telescopio".
Anna Nierenberg, investigadora del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA que dirigió el Hubble encuesta, explicada más adelante:
La caza de concentraciones de materia oscura sin estrellas ha resultado ser un desafío. Sin embargo, el equipo de investigación del Hubble utilizó una técnica en la que no necesitaban buscar la influencia gravitacional de las estrellas como trazadores de materia oscura. El equipo apuntó a ocho "farolas" cósmicas poderosas y distantes, llamadas cuásares (regiones alrededor de agujeros negros activos que emiten enormes cantidades de luz). Los astrónomos midieron cómo la luz emitida por el oxígeno y el gas de neón que orbitan cada uno de los agujeros negros de los cuásares se deforma por la gravedad de una galaxia masiva en primer plano, que actúa como una lente de aumento.
El número de pequeñas estructuras detectadas en el estudio ofrece más pistas sobre la naturaleza de las partículas de materia oscura, ya que sus propiedades afectarían cuántos grupos se forman. Sin embargo, el tipo de partícula de la que se compone Dark Matter sigue siendo un misterio por el momento. Afortunadamente, se espera que el despliegue de telescopios espaciales de próxima generación en el futuro cercano ayude en ese sentido.
Estos incluyen el James Webb Space Telescope (JWST) y el Wide Field Infrared Survey Telescope (WFIRST), los cuales son observatorios infrarrojos que están programados para esta década. Con su óptica sofisticada, espectrómetros, gran campo de visión y alta resolución, estos telescopios podrán observar regiones enteras del espacio afectadas por galaxias masivas, cúmulos de galaxias y sus respectivos halos.
Esto debería ayudar a los astrónomos a determinar la verdadera naturaleza de Dark Matter y cómo se ven sus partículas constituyentes. Al mismo tiempo, los astrónomos planean usar estos mismos instrumentos para aprender más sobre la Energía Oscura, otro gran misterio cosmológico que solo puede estudiarse indirectamente por ahora. ¡Hay tiempos emocionantes por delante!
