Revelados los oscuros secretos del Universo primitivo

La materia oscura es, por definición, difícil de detectar. Qué es, cómo se comporta y si ha cambiado desde el Big Bang son preguntas tentadoras para los cosmólogos.

Utilizando datos astrofísicos de Hyper Suprime-Cam Survey (HSC) de Subaru y el satélite Planck de la Agencia Espacial Europea, una colaboración dirigida por científicos de la Universidad de Nagoya en Japón logró mirar más lejos en las profundidades de la materia oscura primitiva de nuestro Universo que nunca antes, y tienen planes de investigar aún más.

La materia oscura no interactúa en absoluto con la luz; su presencia generalmente se infiere a través de su influencia gravitatoria sobre la materia que en realidad podemos ver (cómo afecta la curvas de rotación de las galaxiaspor ejemplo) – aunque hay algunos Experimentos de detección directa promisorios bajo tus pies..

Las galaxias están manchadas por cúmulos de galaxias y lentes gravitacionales de materia oscura asociadas en la primera imagen de campo profundo jwst
La primera imagen de “campo profundo” del telescopio espacial James Webb de la NASA que muestra lentes gravitacionales de galaxias distantes. Crédito: NASA, ESA, CSA y STScI

La materia oscura también se puede detectar a través de un fenómeno conocido como lente gravitacional, mediante el cual la luz de una fuente distante, como una galaxia, se curva y se enfoca hacia los observadores en la Tierra por una masa intermedia (como otra galaxia o grupo de materia oscura) . Esto es similar a la forma en que los lentes de vidrio curvos en los anteojos refractan o ‘doblan’ la luz hacia un globo ocular, solo que en este caso, el ‘lente de vidrio’ es una galaxia encerrada en un velo de materia oscura, deformando el espacio-tiempo en una brillante ilustración de Einstein. teoría de la relatividad general.

Debido a la forma en que las lentes gravitacionales pueden enfocar la luz de una fuente de fondo distante, el método ha ayudado a los científicos ver más lejos en el Universo primitivo que nunca antes (a medida que uno mira más profundamente en el espacio, también mira más atrás en el tiempo). Pero, en esta investigación, el equipo, dirigido por Hironao Miyatake, usó el proceso para investigar la lente en sí y contribuir a la comprensión de la naturaleza evolutiva de la materia oscura.

Como la luz se propaga en todas las direcciones cuando viaja desde una fuente, se vuelve cada vez más débil con la distancia. Esto hace que sea increíblemente difícil ver galaxias y otros objetos desde muy temprano en nuestro Universo (más allá de hace unos 10 mil millones de años) y, por extensión, caracterizar la materia oscura intermedia.

Miyatake y su equipo lograron superar este desafío al cambiar la fuente de luz de fondo: las próximas galaxias distantes por el fondo cósmico de microondas (CMB). El CMB es Restos de radiación de un tiempo poco después del Big Bang y es la luz más temprana que podemos ver en nuestro Universo.

Telescopio subaru en mauna kea hawaii.  getty elgol
Observatorio Subaru, Mauna Kea, Hawai. Crédito: Elgol/Getty Images

Usando datos del HSC, los investigadores identificaron 1,5 millones de galaxias con lentes a una edad de alrededor de 12 mil millones de años. Compararon esto con las observaciones de CMB del Satélite Planck. Esto mostró cómo la materia oscura alrededor de las galaxias que formaban lentes estaba distorsionando la luz CMB de fondo y, en última instancia, permitió al equipo investigar la distribución a gran escala de la materia oscura hace unos 12 000 millones de años, más atrás en el tiempo de lo que se ha logrado hasta ahora.

“Por primera vez, estábamos midiendo la materia oscura desde casi los primeros momentos del universo”, dijo el profesor asistente Yuichi Harikane del Instituto de Investigación de Rayos Cósmicos de la Universidad de Tokio.

¿Por qué importa la materia oscura, de todos modos?

A pesar del hecho de que todavía no entendemos con confianza la naturaleza de esta materia misteriosa responsable de más de cinco veces la materia que vemos a nuestro alrededor, la materia oscura está intrínsecamente entrelazada con la composición física y el comportamiento de nuestro Universo. Un modelo popular de la naturaleza de la materia oscura, el modelo Lambda-CDM, predice un cierto nivel de aglomeración de la materia oscura en el Universo primitivo. Estos cúmulos atraen gravitacionalmente otra materia, incluida la materia visible, lo que lleva a la formación gradual de las estrellas, galaxias y cúmulos que vemos hoy.

Materia oscura fría.  Marca ajo.  Fototeca científica.  Getty1
Ilustración que muestra el dibujo de materia oscura fría (gris) en materia normal (color) en la historia muy temprana del Universo después del Big Bang. Crédito: Mark Garlick/Science Photo Library/Getty Images

Los hallazgos preliminares del investigador indican que la materia oscura de hace 12 mil millones de años era menos grumosa de lo que predice la teoría cosmológica actual, lo que quizás insinúa la posibilidad de que se comportara de manera diferente en el Universo primitivo.

Miyatake dice que si el Universo primitivo es menos grumoso de lo que pensábamos, es posible que debamos repensar nuestras teorías de la física: “Nuestro hallazgo aún es incierto. Pero si es cierto, sugeriría que todo el modelo es defectuoso a medida que 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 sobre la naturaleza de la materia oscura en sí misma”.

Mirando hacia el futuro, Miyatake y el equipo planean investigar aún más en el pasado, terminando los dos tercios finales de su conjunto de datos HSC y potencialmente analizando conjuntos de datos avanzados como el Legacy Survey of Space and Time (LSST) del Observatorio Vera C. Rubin. “LSST nos permitirá observar la mitad del cielo”, dijo Harikane. “No veo ninguna razón por la que no podamos ver la distribución de la materia oscura hace 13 mil millones de años”.



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