galaxias, materia oscura, lentes gravitacionales
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| El residuo de radiación del Big Bang, distorsionado por la materia oscura hace 12 mil millones de años. Fuente: Reiko Matsushita |
Los científicos investigaron 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 de lo que nunca se había podido explorar.
02 agosto 2022.- Sus hallazgos ofrecen la tentadora posibilidad de que las reglas fundamentales de la cosmología puedan diferir al examinar la historia temprana de nuestro universo. La colaboración fue dirigida por científicos de la Universidad de Nagoya en Japón y los hallazgos se publicaron ayer (1 de agosto) en la revista Physical Review Letters .
Ver algo que sucedió hace tanto tiempo es un desafío. Debido a que la velocidad de la luz es finita, vemos galaxias distantes no 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.
Considere una galaxia fuente distante, incluso más lejos que la galaxia objetivo cuya materia oscura se quiere investigar. Como predijo la teoría general de la relatividad de Einstein, la atracción gravitacional de la galaxia en primer plano, incluida su materia oscura, distorsiona el espacio y el tiempo circundantes. A medida que la luz de la galaxia fuente viaja a través de esta distorsión en el espacio-tiempo, se dobla y cambia la forma aparente de la galaxia. Cuanto mayor sea la cantidad de materia oscura, mayor será la distorsión resultante. Por lo tanto, los astrónomos pueden medir la cantidad de materia oscura alrededor de la galaxia en primer plano (la galaxia "lente") a partir de la distorsión.
Sin embargo, más allá de cierto umbral, los científicos encuentran un problema. En los confines más profundos del universo, las galaxias son increíblemente débiles. Como resultado, cuanto más lejos de la Tierra miramos, menos efectiva se vuelve la técnica de lentes gravitacionales. Debido a que la distorsión de la lente es sutil y difícil de detectar en la mayoría de los casos, se necesitan muchas galaxias de fondo para detectar la señal.
La mayoría de los estudios anteriores se han quedado atascados en los mismos límites. Incapaces de detectar suficientes galaxias fuente distantes para medir la distorsión, solo pudieron analizar la materia oscura de no más de 8-10 mil millones de años. Estas limitaciones dejaron abierta la cuestión de la distribución de la materia oscura entre este tiempo y hace 13.700 millones de años, alrededor del comienzo de nuestro universo.
Para superar estos desafíos y observar la materia oscura desde los confines del universo, un equipo de investigadores 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 un método diferente. fuente de luz de fondo, las microondas liberadas del propio Big Bang.
En primer lugar, utilizando datos de las observaciones del Subaru Hyper Suprime-Cam Survey (HSC), el equipo identificó 1,5 millones de galaxias de lentes usando luz visible, seleccionadas para ser vistas hace 12 mil millones de años.
Luego, para superar la falta de luz de galaxias aún más lejanas, emplearon microondas del fondo cósmico de microondas (CMB), el residuo de radiación del Big Bang . Utilizando microondas observadas por el satélite Planck de la Agencia Espacial Europea, el equipo midió cómo la materia oscura alrededor de las lentes de las galaxias distorsionaba las microondas.
Después de un análisis preliminar, los científicos pronto se dieron cuenta de que tenían una muestra lo suficientemente grande como para detectar la distribución de la materia oscura. Combinando la gran muestra de galaxias distantes y las distorsiones de lentes en CMB, detectaron materia oscura incluso más atrás en el tiempo, desde hace 12 mil millones de años. Esto es solo 1.700 millones de años después del comienzo del universo y, por lo tanto, estas galaxias se ven poco después de que se formaron por primera vez.
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.
Uno de los descubrimientos más emocionantes del estudio estuvo relacionado con la aglomeración de la materia oscura. De acuerdo con la teoría estándar de la cosmología, el modelo Lambda-CDM, las fluctuaciones sutiles en el CMB forman depósitos de materia densa al atraer la materia circundante a través de la gravedad. Esto crea grupos no homogéneos que forman estrellas y galaxias en estas regiones densas. Los hallazgos del grupo sugieren que su medición de la aglomeración fue más baja de lo previsto por el modelo Lambda-CDM. Si se confirma, podría sugerir una mejora del modelo que puede proporcionar información sobre la naturaleza de la materia oscura en sí misma.
Uno de los puntos fuertes de observar el universo mediante sondeos a gran escala, como los que se utilizan 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 distantes del universo primitivo.
Fuente: “First Identification of a CMB Lensing Signal Produced by 1.5 Million Galaxies at z~4: Constraints on Matter Density Fluctuations at High Redshift” by Hironao Miyatake, Yuichi Harikane, Masami Ouchi, Yoshiaki Ono, Nanaka Yamamoto, Atsushi J. Nishizawa, Neta Bahcall, Satoshi Miyazaki and Andrés A. Plazas Malagón, 1 August 2022, Physical Review Letters. DOI: 10.1103/PhysRevLett.129.061301
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