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 reveló 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 una fuente de luz brillante alimentada por un agujero negro supermasivo que se alimenta) y una galaxia ubicada entre ese quásar y la Tierra, podrían ayudar a limitar las propiedades esquivas de la materia.
La materia oscura es preocupante para los científicos porque, aunque constituye alrededor del 85% del universo, es prácticamente invisible. Esto se debe a que la materia oscura no interactúa con ninguna radiación electromagnética, incluida la luz visible, o interactúa muy débilmente.
Esto significa que las partículas que componen la materia oscura -cualesquiera que sean- no pueden ser átomos formados por electrones, protones y neutrones. Estos son los bariones que componen la materia cotidiana que forma las estrellas, los planetas, nuestros cuerpos y todo lo que vemos a nuestro alrededor a diario.
Este misterio es lo que impulsó una intensa búsqueda de las llamadas partículas de materia oscura.
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Hasta ahora, la única forma en que los científicos podían inferir la existencia de materia oscura era observar su efecto sobre la materia «normal» a través de la gravedad. De hecho, cuando los astrónomos hicieron esto, descubrieron que si las galaxias no estuvieran compuestas principalmente de materia oscura, su contenido volaría rápidamente porque giraban demasiado rápido para mantenerse unidas por la gravedad de la materia visible en su interior.
No sólo se cree que las galaxias rodeadas por halos de materia oscura previenen tal catástrofe, sino que algunos modelos de materia oscura también sugieren que debe haber grupos de materia oscura dentro de las galaxias, además de llenar el espacio entre ellas.
Un equipo de investigadores de Japón, dirigido por Kalki Taro Inoue de la Universidad de Kindai, se propuso utilizar el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) para comprender mejor la distribución de la materia oscura alrededor de una galaxia masiva y distante y encontrar grupos de la misteriosa asunto. En el espacio intergaláctico.
Para ello, observaron la luz de un quásar llamado MG J0414+0534, situado a 11.000 millones de años luz de la Tierra, mediante un efecto llamado lente gravitacional.
Poniendo la materia oscura bajo una lupa cósmica
Las lentes gravitacionales son un concepto que surgió por primera vez de la teoría de la gravitación de Einstein, la relatividad general, que se publicó en 1915. Este concepto difería radicalmente de la teoría de la gravitación de Newton porque reinventó el tejido del espacio y el tiempo, unidos como espaciotiempo de cuatro dimensiones, como se muestra en la imagen. Un elemento dinámico del universo, no sólo un escenario estático en el que tienen lugar los acontecimientos cósmicos.
Einstein imaginó que los objetos con masa causaban una curvatura o «giro» en el tejido del espacio-tiempo. Cuanto mayor es la masa, mayor es la curvatura del espacio-tiempo. Esto puede representarse como un simple caso bidimensional de objetos colocados sobre una lámina de goma estirada. Una bola de boliche creará un agujero más grande en el papel que una pelota de tenis, del mismo modo que una galaxia crea una curva en el espacio-tiempo más grande que una estrella.
Además, algo realmente notable sucede cuando un objeto masivo con una masa significativa 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 viaja en línea recta hacia la Tierra, pero cuando pasa esta curvatura en el espacio, su trayectoria también se vuelve curva. Las masas más cercanas a nuestro planeta que causan tal curvatura dan como resultado desviaciones más extremas.
Esto significa que la luz de una única fuente puede tomar diferentes caminos alrededor de un objeto masivo y, por tanto, puede llegar al telescopio en diferentes momentos. Esto puede hacer que un solo objeto se vuelva más brillante y se amplíe en la imagen o incluso aparezca en varios lugares de la misma imagen.
Por lo tanto, el cuerpo intermedio se denomina lente gravitacional.
Las lentes gravitacionales pueden ayudar a los científicos a ver objetos que normalmente estarían demasiado distantes y débiles para observarlos. Por ejemplo, el Telescopio Espacial James Webb (JWST) utilizó lentes gravitacionales con gran efecto para ver 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 principalmente como una lente cósmica. 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 lenticulares.
Inoue y su equipo hicieron esto con la materia oscura en la galaxia, enfocándose en el objeto cuásar distante, lo que provocó que MG J0414+0534 apareciera cuatro veces en una sola observación con ALMA. Esto permitió a los investigadores tomar imágenes de la galaxia con una resolución más alta que nunca y mapear su materia oscura en una escala de hasta 30.000 años luz.
También pudieron seguir adelante con la aplicación de lentes gravitacionales.
Gracias a la alta resolución de ALMA, los astrónomos pudieron mapear la distribución de acumulaciones de materia oscura que se encuentran 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 presentados por los investigadores ayudan a confirmar el modelo del universo llamado «materia oscura fría» (CDM), que sugiere que la materia oscura está formada por partículas que se mueven lentamente.
Esto se debe a que el modelo CDM predice la presencia de acumulaciones de materia oscura dentro y 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.
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