FALTAN INGREDIENTES PARA EXPLICAR LA MATERIA OSCURA

En uno de los estudios más exhaustivos de lentes gravitacionales en cúmulos galácticos, astrónomos encuentran discrepancias entre observaciones y simulaciones.

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Uno de los temas astronómicos más populares en las últimas décadas es el de “materia oscura”: esa “sustancia” ligada a grandes cantidades de materia normal y que supone cerca del 85% de toda la materia del Universo. Excepto por sus efectos gravitacionales, realmente sabemos muy poco de la susodicha materia oscura y aún estamos en la búsqueda de lo que es o qué la genera.

Una de las evidencias observacionales más importantes de la materia oscura, viene de un fenómeno conocido como lente gravitacional, detectado por primera vez en cuerpos galácticos a finales de los años 70 del siglo pasado.

Lentes gravitacionales y los ingredientes faltantes

La teoría de relatividad general de Einstein muestra que ante la presencia de una gran cantidad de masa, el espacio-tiempo se deforma, curvando entonces el camino de la luz. Esto lo vemos claramente con los telescopios actuales, cuando se apuntan en dirección de algunos los cúmulos de galaxias.

Diagrama de la formación de un lente gravitacional.

Por ejemplo, si tenemos una galaxia muy lejana, justo detrás y en la linea de visión con un cúmulo de galaxias, la gran masa del cúmulo curva el espacio-tiempo y deforma el camino de la luz de la galaxia de fondo, produciendo un lente gravitacional. Estos “lentes naturales” nos permiten llegar más lejos, porque concentran y magnifican la luz de objetos mucho más lejanos.

Pero resulta que en una investigación publicada esta semana en la revista Science, los mejores modelos teóricos de materia oscura no concuerdan con lo observado.

Esta imagen del telescopio espacial Hubble muestra el enorme cúmulo de galaxias MACS J1206, uno de los estudiados en el trabajo de Meneghetti et al. Dentro del cúmulo están las imágenes distorsionadas de galaxias distantes de fondo, vistas como arcos y manchas.

Usando imágenes y espectros de 11 cúmulos de galaxias, un grupo de astrónomos encontró que estos contienen muchas más de estas lentes pequeñas, un orden de magnitud más, de lo esperado de los modelos cosmológicos estándar. Cuando compararon las simulaciones de los efectos de lentes a pequeña escala en los cúmulos de galaxias, con las observaciones hechas con el Telescopio Espacial Hubble y los telescopios VLT en Chile, encontraron muchas más lentes pequeñas de las esperadas a partir de las simulaciones.

Dicho de otra manera, las concentraciones a pequeña escala de materia oscura en los cúmulos producen efectos de lente gravitacional que son 10 veces más fuertes de lo esperado.

Al medir cómo los cúmulos de galaxias distorsionan la luz de galaxias lejanas en los llamados lentes gravitacionales, los científicos pueden estimar su campo gravitacional, así como su masa y tamaño. Crédito: Hubble Space Telescope/NASA/ESA

Estas diferencias ponen el foco de atención en los ingredientes usados para modelar la materia oscura. Los investigadores concluyen que debe haber un problema desconocido con los métodos de simulación estándar o que hasta ahora hemos hecho suposiciones incorrectas sobre la naturaleza de la materia oscura en sí.

Sea cual fuere la respuesta, este trabajo confirma la necesidad de más investigación científica para develar la naturaleza de la materia oscura.

Creo que no se trata de un problema menor: al día de hoy, sólo sabemos la composición de cerca del 15% de toda la materia que detectamos en el Universo. Es como si tuviéramos ante nosotros un enorme pastel y sólo pudiéramos ver y saber la composición de una rebanada equivalente a un séptimo de la tarta.

Más información en idioma Inglés.

Artículo de referencia: “An excess of small-scale gravitational lenses observed in galaxy clusters”, Massimo Meneghetti et al., Science 11 Sep 2020:Vol. 369, Issue 6509, pp. 1347-1351, DOI:10.1126/science.aax5164

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