Consiguen medir la materia oscura desde casi el inicio del universo

Un equipo de científicos ha investigado la naturaleza de la materia oscura que rodea a las galaxias vistas como eran hace 12.000 millones de años, miles de millones de años más atrás en el tiempo que nunca antes.

 

Utilizando la luz del Big Bang podrían contrarrestar algunos aspectos de la teoría general de la relatividad de Einstein, que es la columna vertebral de la teoría de la cosmología.

El equipo, dirigido por Hironao Miyatake, de la Universidad de Nagoya, en colaboración con la Universidad de Tokio, el Observatorio Astronómico Nacional de Japón y la Universidad de Princeton, utilizó una fuente diferente de luz de fondo, las microondas liberadas por el propio Big Bang.

Para este estudio, los científicos pudieron aprovechar la luz de microondas del Big Bang y utilizarla para analizar galaxias, de lo que, relativamente al menos, fue poco después de ese fenómeno que muchos astrofísicos coinciden en que inició nuestro universo poniéndolo literalmente en movimiento.

La materia oscura puede referirse a cualquier sustancia que interactúe predominantemente a través de la gravedad con la materia visible (por ejemplo, estrellas y planetas). Por lo tanto, en principio no es necesario que esté compuesta por un nuevo tipo de partícula fundamental, sino que podría estar formada, al menos en parte, por materia bariónica estándar, como protones o neutrones.

La materia oscura es una materia que no interacciona con el campo electromagnético. Eso quiere decir que no la podemos ver, ni es absorbida por los materiales, ni tampoco es reflejada. Los objetos celestes rotan mucho más rápido en torno al centro de las galaxias que si solo siguieran las leyes clásicas de la gravitación porque hace falta más materia. La materia oscura representa el 30,1% de la composición materia-energía del universo; el resto es energía oscura (69,4%) y materia visible “ordinaria” (0,5%).

Las teorías tradicionales de la cosmología, definidas en gran medida por la teoría general de la relatividad de Einstein, podrían no aplicarse también a la era más temprana de nuestro universo. La materia oscura distorsiona el espacio que la rodea para los científicos que intentan observar una galaxia, porque cuando la luz viaja a través de la materia oscura se curva, cambiando la forma aparente de la galaxia y distorsionando tanto el espacio como el tiempo, tal y como predijo Einstein en su teoría general de la relatividad.

"La mayoría de los investigadores utilizan las galaxias fuente para medir la distribución de la materia oscura desde el presente hasta hace ocho mil millones de años", explicó en un comunicado de prensa el profesor adjunto Yuichi Harikane, del Instituto de Investigación de Rayos Cósmicos de la Universidad de Tokio.

"Sin embargo, pudimos mirar más atrás en el pasado porque utilizamos el CMB, (fondo cósmico de microondas por sus siglas en inglés), más distante para medir la materia oscura. Por primera vez, medimos la materia oscura desde casi los primeros momentos del universo", aseguró Harikane.

La existencia de la materia oscura, conocida originalmente como la "masa perdida", fue deducida por primera vez por el astrónomo suizo-estadounidense Fritz Zwicky, quien en 1933 descubrió que la masa de todas las estrellas del cúmulo de galaxias de Coma proporcionaba sólo alrededor del 1 por ciento de la masa necesaria para evitar que las galaxias escaparan de la atracción gravitatoria del cúmulo.

"Hace 12 000 millones de años, las cosas eran muy diferentes. Se ven más galaxias en proceso de formación que en la actualidad; también empiezan a formarse los primeros cúmulos de galaxias". Los cúmulos de galaxias comprenden entre 100 y 1 000 galaxias unidas por la gravedad con grandes cantidades de materia oscura. "Me alegro de que hayamos abierto una nueva ventana a esa época", dijo Miyatake en el comunicado de prensa.

Ver algo que ocurrió hace tanto tiempo es difícil. Debido a la velocidad finita de la luz, las galaxias lejanas no aparecen como son hoy, sino como eran hace miles de millones de años. Pero aún más difícil es observar la materia oscura, que no emite luz.

Las galaxias de las zonas más profundas del universo son increíblemente débiles. Por ello, cuanto más lejos de la Tierra miremos, menos eficaz será esta técnica. La distorsión de la lente es sutil y difícil de detectar en la mayoría de los casos, por lo que se necesitan muchas galaxias de fondo para detectar la señal.

"Uno de los puntos fuertes de observar el universo mediante sondeos a gran escala, como los utilizados en esta investigación, es que se puede estudiar todo lo que se ve en las imágenes resultantes, desde los asteroides cercanos de nuestro sistema solar hasta las galaxias más lejanas del universo primitivo. Se pueden utilizar los mismos datos para explorar muchas cuestiones nuevas", afirma Michael Strauss, profesor y director del Departamento de Ciencias Astrofísicas de la Universidad de Princeton.

Referencia:

Hironao Miyatake. et al. First Identification of a CMB Lensing Signal Produced by 1.5 Million Galaxies at z∼4: Constraints on Matter Density Fluctuations at High Redshift. PHYSICAL REVIEW LETTERS. 2022. doi.org/10.1103/PhysRevLett.129.061301

 

Doctor Fisión

Doctor Fision

Divulgador científico especialista en física y astrofísica, y apasionado de la ciencia en general. Autor del bestseller "El Universo Explicado" y de "La Nueva Carrera Espacial". Tiene más de 3 millones de seguidores en redes sociales.

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