Materia oscura de hace 12 mil millones de años mapeada a través del espacio-tiempo deformado

Retorcido en nuestro universo se encuentra uno de los mayores misterios sin resolver de la ciencia. ¿Dónde está toda la materia oscura? Qué es todo el materia oscura?

Quiero decir, sabemos que está ahí.

Las galaxias, incluida la Vía Láctea, están girando tan rápidamente que nuestra física predice que todo lo que hay dentro debería salir disparado como caballos en un tiovivo desquiciado. Pero obviamente, eso no está sucediendo. Tú, yo, el sol y la tierra estamos anclados con seguridad. Por lo tanto, los científicos teorizan que algo, probablemente con forma de halo, debe rodear las galaxias para protegerlas de la descomposición.

Todo lo que comprende esos límites se llama materia oscura. No podemos verlo, no podemos sentirlo, y ni siquiera sabemos si es Una cosa. Es el epítome de esquivo. Solo sabemos que existe la materia oscura.

A pesar de nuestra incapacidad para ver o tocar el material en sí, los expertos tienen formas interesantes de identificar los efectos que tiene en nuestro universo. Después de todo, deducimos la presencia de la materia oscura en primer lugar al notar cómo mantiene unidas a las galaxias.

Los científicos aprovecharon ese principio y anunciaron nuevos hallazgos notables sobre la materia oscura el lunes. Con un conjunto de herramientas compuesto por espacio deformado, residuos cósmicos sobrantes del Big Bang y poderosos instrumentos astronómicos, detectaron una zona en el espacio profundo de halos de materia oscura no estudiados previamente, cada uno situado alrededor de una galaxia antigua, protegiéndola obedientemente de vivir una vida feliz. – dar vueltas pesadilla.

Estos remolinos, según un estudio sobre el hallazgo publicado en Physical Review Lettersfecha de regreso 12 mil millones de años, poco menos de dos mil millones de años después del Big Bang. Eso podría muy bien convertirlos en los anillos de materia oscura más jóvenes jamás estudiados por la humanidad, sugieren los autores, y potencialmente en el preludio del próximo capítulo de cosmología.

“Me alegró que abriéramos una nueva ventana a esa era”, Hironao Miyatake de la Universidad de Nagoya y autor del estudio, dijo en un comunicado. “Hace 12 mil millones de años, las cosas eran muy diferentes. Ves más galaxias en proceso de formación que en el presente; los primeros cúmulos de galaxias también están comenzando a formarse”.

Espera, ¿espacio deformado? residuo cósmico?

Sí, has leído bien. Vamos a explicar.

Hace más de un siglo, cuando Albert Einstein acuñó su famosa teoría de la relatividad general, una predicción que hizo fue que los campos gravitatorios súper fuertes derivados de cantidades masivas de materia literalmente deformarían el tejido del espacio y el tiempo, o el espacio-tiempo. Resultó ser correcto. Hoy en día, los físicos aprovechan el concepto recurriendo a una técnica denominada lente gravitacional para estudiar galaxias muy lejanas y otros fenómenos en el universo. Funciona algo como esto.

Imagina dos galaxias. Galaxy A está en el fondo y B está en primer plano.

Básicamente, cuando la luz de la galaxia A pasa por la galaxia B para llegar a tus ojos, esa luminiscencia se distorsiona por la materia de B, oscura o no. Esta es una buena noticia para los científicos, porque tal distorsión a menudo magnifica galaxias lejanas, como una especie de lente.

Además, hay una especie de cálculo inverso que puedes hacer con esta deformación de luz para averiguar cuánta materia oscura rodea a la galaxia B. Si la galaxia B tuviera una lote de materia oscura, verías un lote más distorsión de la esperada de la materia visible, lo que podemos ver, dentro. Pero si no tuviera tanta materia oscura, la distorsión estaría mucho más cerca de su predicción. Este sistema ha funcionado bastante bien, pero tiene una salvedad.

Una representación de un punto brillante lejano, que representa un quásar, que emite luz que es distorsionada por una galaxia en primer plano antes de alcanzar la lente del telescopio espacial Hubble.

Este boceto muestra trayectorias de luz de un cuásar distante, que es un objeto realmente brillante en el centro de una galaxia, que es captado gravitacionalmente por una galaxia en primer plano en el camino hacia la lente del Telescopio Espacial Hubble.

NASA, ESA y D.Player (STScI)

Las lentes gravitacionales estándar solo permiten a los investigadores identificar la materia oscura alrededor de las galaxias que se encuentran a una distancia de entre 8.000 y 10.000 millones de años luz, como máximo.

Esto se debe a que, a medida que miras más y más profundamente en el universo, la luz visible se vuelve cada vez más difícil de interpretar, y eventualmente incluso se convierte en luz infrarroja que es totalmente invisible para los ojos humanos. (Es por eso Telescopio espacial James Webb de la NASA es un gran problema. Es nuestra mejor oportunidad para captar la luz más tenue e invisible que proviene del cosmos distante). Pero lo que esto significa es que las señales de distorsión de la luz visible para los estudios de la materia oscura se desvanecen demasiado más allá de cierto punto para ayudarnos a analizar las cosas ocultas.

A Miyatake se le ocurrió una solución.

Tal vez no podamos notar las distorsiones de luz estándar para detectar la materia oscura, pero ¿qué pasa si hay otro tipo de distorsión que podemos ver? Resulta que hay: radiación de microondas liberada por el Big Bang. Se trata más o menos de los remanentes de calor del Big Bang, conocidos formalmente como radiación de fondo cósmico de microondas, o CMB, por sus siglas en inglés.

“¿Mirar la materia oscura alrededor de galaxias distantes?” Masami Ouchi, cosmólogo de la Universidad de Tokio y coautor del estudio, en un comunicado. “Fue una idea loca. Nadie se dio cuenta de que podíamos hacer esto. Pero después de que di una charla sobre una gran muestra de galaxias distantes, Hironao se me acercó y me dijo que es posible observar la materia oscura alrededor de estas galaxias con el CMB. ”

En esencia, Miyatake quería observar cómo la materia oscura reflejaba gravitacionalmente la primera luz de nuestro universo.

Recogiendo pedazos del Big Bang

“La mayoría de los investigadores utilizan galaxias fuente para medir la distribución de la materia oscura desde el presente hasta hace 8.000 millones de años”, dijo en un comunicado Yuichi Harikane, profesor asistente de la Universidad de Tokio y coautor del estudio. “Sin embargo, pudimos mirar más atrás en el pasado porque usamos el CMB más distante para medir la materia oscura. Por primera vez, estábamos midiendo la materia oscura desde casi los primeros momentos del universo”.

Para llegar a sus resultados, el nuevo equipo de estudio primero recopiló datos de las observaciones tomadas por Subaru Hyper Suprime-Cam Survey.

Eso los llevó a identificar 1,5 millones de galaxias con lentes, un montón de hipotéticas galaxias B, que se remontan a hace 12 mil millones de años. Luego pidieron información del satélite Planck de la Agencia Espacial Europea sobre la radiación de microondas del Big Bang. Póngalo todo junto, y el equipo podría aprender si esas galaxias con lentes distorsionaron las microondas y cómo lo hicieron.

Una vista de cientos (quizás miles) de galaxias en el espacio profundo

El primer campo profundo del telescopio espacial James Webb se reveló el 11 de julio. En él, se puede ver un tono de lente gravitacional como lo indican las galaxias estiradas hacia el centro.

NASA, ESA, CSA y STScI

“Este resultado brinda una imagen muy consistente de las galaxias y su evolución, así como de la materia oscura dentro y alrededor de las galaxias, y cómo esta imagen evoluciona con el tiempo”, dijo Neta Bahcall, profesora de ciencias astrofísicas en la Universidad de Princeton y coautora del estudio. , dijo en un comunicado.

En particular, los investigadores enfatizaron que su estudio encontró que la materia oscura del universo primitivo no parece ser tan grumosa como sugieren nuestros modelos físicos actuales. En el futuro, este bit podría ajustar lo que creemos actualmente sobre la cosmología, principalmente teoremas enraizados en lo que se llama el modelo Lambda-CDM.

“Nuestro hallazgo aún es incierto”, dijo Miyatake. “Pero si es cierto, sugeriría que todo el modelo tiene fallas a medida que se retrocede en el tiempo. Esto es emocionante porque si el resultado se mantiene después de que se reduzcan las incertidumbres, podría sugerir una mejora del modelo que puede proporcionar información”. en la naturaleza de la materia oscura misma”.

Y a continuación, el equipo de estudio quiere explorar incluso regiones anteriores del espacio aprovechando la información que posee el Legacy Survey of Space and Time del Observatorio Vera C. Rubin.

“LSST nos permitirá observar la mitad del cielo”, dijo Harikane. “No veo ninguna razón por la que no pudiéramos ver la distribución de la materia oscura hace 13 mil millones de años”.

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