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Los grupos de materia oscura pueden ser sorprendentemente pequeños y fríos.

Los investigadores pudieron detectar indirectamente la materia oscura utilizando estas imágenes distorsionadas de un cuásar de fondo y su galaxia anfitriona.

A los astrónomos les encanta dar nombres extraños a las cosas, pero la materia oscura se explica por sí misma. Es materia, o creemos que lo es, porque ejerce una atracción gravitacional. También está oscuro, porque no podemos verlo (aunque observamos su efecto) y eso es todo lo que sabemos al respecto.

Se estima que la materia oscura representa aproximadamente el 85% de la materia del universo y, sin embargo, no sabemos realmente qué es. Pero un nuevo estudio podría ayudarnos en ese sentido.

Por extraño que parezca, la materia oscura parece agruparse. Resulta que estos grupos pueden ser mucho más pequeños de lo que pensábamos. Esto confirma una predicción fundamental sobre la materia oscura y puede ayudar a los investigadores a lograr un avance importante en la comprensión de este enigmático fenómeno.

Una caza oscura

La materia oscura es invisible para todos nuestros instrumentos. No emite luz ni ninguna radiación detectable. Nunca lo imaginamos de ninguna manera directa. Entonces, cuando estudian la materia oscura, los astrofísicos buscan sus efectos.

El más frecuente de estos efectos es su efecto gravitacional. De acuerdo con tales observaciones, la materia oscura parece ser el pegamento gravitacional que mantiene unidas a las galaxias.

No sabemos de qué tipo de partículas estaría hecha la materia oscura, pero es casi seguro que no serían los electrones, protones y neutrones con los que estamos familiarizados. Una teoría popular sostiene que, independientemente de las partículas de las que esté hecho, estas partículas no se moverían muy rápido. Esto ayudaría a explicar por qué la materia oscura tiende a agruparse, y por qué las concentraciones de materia oscura en todo el universo pueden variar tanto.

Si este fuera el caso, sería materia oscura fría. Una teoría en competencia apoya la idea de materia oscura caliente, donde las partículas se mueven a velocidades relativistas (cercanas a la velocidad de la luz).

Los grupos de materia oscura pueden ayudar a resolver este dilema. La materia oscura caliente no permitiría la formación de pequeños grumos, simplemente se mueven demasiado rápido para permitir que se formen pequeños trozos. Entonces, si pudiéramos detectar pequeños grupos, esto respaldaría la hipótesis de la materia oscura fría.

Pero, ¿recuerdas que dijimos que no se pueden obtener imágenes de la materia oscura? Sí, eso sigue siendo un problema.

lente gravitacional

Entonces, en cambio, los investigadores recurrieron a una herramienta antigua: lentes gravitacionales. Pero le dieron un nuevo giro.

La lente gravitacional, como su nombre lo indica, es la técnica de utilizar la atracción gravitacional como lente. Todo tiene una atracción gravitacional, pero los objetos que son realmente masivos pueden distorsionar incluso la luz misma. Si bien esto suele ser una distorsión muy sutil, aún es detectable.

Piénselo de esta manera: si estamos mirando una galaxia distante y brillante a través de un telescopio, y otro objeto masivo se interpone entre nuestro telescopio y la galaxia, su gravedad puede actuar como una lente, desviando la luz. Esto es lo que se hizo en este estudio.

Créditos de imagen: NASA, ESA y D. Player/STScI.

Como habrás adivinado, esto requiere una alineación muy particular, lo que significa que se deben encontrar lentes gravitacionales y es posible que no existan en las direcciones que queremos.

Pero a veces, muy raramente, los objetos involucrados se alinean de tal manera que se producen cuatro imágenes distorsionadas alrededor del objeto de la lente. Esto se llama una cruz de Einstein. Aquí es donde las cosas se ponen realmente interesantes.

Quizás se pregunte qué tiene que ver todo esto con la materia oscura. Bueno, la influencia gravitacional de los cúmulos de materia oscura debería ser observable incluso en los cúmulos más pequeños.

El equipo utilizó el Telescopio Espacial Hubble para estudiar ocho cuásares cruzados de Einstein con núcleos galácticos extremadamente luminosos alimentados por agujeros negros supermasivos. Estos cuásares fueron captados gravitacionalmente por galaxias masivas en primer plano.

Imagine que cada una de estas ocho galaxias es una lupa gigante, dijo el astrofísico de la UCLA Daniel Gilman, uno de los autores del estudio.

Pequeños cúmulos de materia oscura actúan como pequeñas grietas en la lupa, alterando el brillo y la posición de las cuatro imágenes del cuásar en comparación con lo que esperaría ver si el cristal fuera liso.

Los ocho cuásares y galaxias se alinearon con tanta precisión que el efecto de deformación produjo cuatro imágenes distorsionadas de cada cuásar, casi como mirar un espejo de carnaval. Tales alineaciones son muy raras y fueron afortunadas para este estudio.

La presencia de los cúmulos de materia oscura alteró el brillo aparente y la posición de cada imagen distorsionada del cuásar. Los investigadores midieron cómo la lente deformaba la luz y luego observaron el brillo y la posición de cada una de las imágenes, comparándolas con las predicciones de cómo se verían las cruces de Einstein sin materia oscura. Estas comparaciones les permitieron calcular la masa de los cúmulos de materia oscura que causan la distorsión.

Según los resultados, podrían existir pequeños cúmulos de materia oscura y estas observaciones apoyan la existencia de materia oscura más fría.

La materia oscura es más fría de lo que sabíamos a escalas más pequeñas, dijo Anna Nierenberg del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en Pasadena, California, líder de la encuesta del Hubble. Los astrónomos han llevado a cabo otras pruebas de observación de las teorías de la materia oscura antes, pero la nuestra proporciona la evidencia más sólida hasta el momento de la presencia de pequeños grupos de materia oscura fría. Al combinar las últimas predicciones teóricas, las herramientas estadísticas y las nuevas observaciones del Hubble, ahora tenemos un resultado mucho más sólido de lo que era posible anteriormente.

Esto no descarta la posibilidad de una materia oscura más caliente, pero da más peso a la teoría más fría. Para complicar aún más las cosas, también existe un modelo mixto de materia oscura que incluye ambos tipos. Sin embargo, es casi seguro que este no es el último estudio de este tipo.

Los astrónomos podrán realizar estudios de seguimiento de la materia oscura utilizando los futuros telescopios espaciales de la NASA, como el telescopio espacial James Webb y el telescopio de exploración de infrarrojos de campo amplio, ambos observatorios infrarrojos.

Es notable que después de décadas de servicio, el telescopio Hubble aún proporcione información extremadamente útil, permitiéndonos comprender aspectos del universo circundante.

En cuanto a la materia oscura, no desentrañaremos sus secretos ni hoy ni mañana. Todavía estábamos dando pequeños pasos, pero uno a la vez, nos estábamos acercando a comprender lo que realmente es y tal vez entonces, ya no será materia oscura .

El equipo presentará sus resultados en la 235ª reunión de la Sociedad Astronómica Estadounidense en Honolulu.

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