Una nueva técnica que utiliza el telescopio espacial Hubble y una característica de relatividad general ha revelado los grupos más pequeños de materia oscura alguna vez identificado: hasta 100,000 veces menos masivo que el halo de materia oscura de la galaxia Vía Láctea.
Y estos pequeños grupos (relativam ente) pequeños de materia oscura concuerdan muy bien con una de las principales teorías de la materia oscura: lo que los astrónomos llaman materia oscura fría
"Hicimos una prueba de observación muy convincente para el modelo de materia oscura fría y pasa con gran éxito". dijo el astrofísico Tommaso Treu de la Universidad de California, Los Angeles.
En realidad no sabemos qué es la materia oscura. No podemos detectarlo directamente. Lo que sí sabemos es que el Universo no se comporta completamente como debería si aplicamos nuestra física actual a lo que podemos observar directamente. Las estrellas en los bordes exteriores de las galaxias, por ejemplo, se mueven más rápido de lo que deberían, como bajo la influencia de alguna masa invisible.
Llamamos a esta masa "materia oscura", y hay varias hipótesis sobre cómo funciona. Entre ellos se encuentra la materia oscura caliente, donde "caliente" significa "partículas que se mueven cerca de la velocidad de la luz"; y materia oscura fría, donde "frío" significa "partículas que se mueven a velocidades más lentas que las relativistas".
La mayoría de las pruebas de observación y los modelos actuales favorecen la materia oscura fría, pero el caso está lejos de resolverse. Una prueba que puede ofrecer pistas es si se pueden encontrar pequeños grupos de materia oscura.
Verá, la materia oscura caliente se movería demasiado rápido para permitir trozos más pequeños. Si la materia oscura se mueve más lentamente, como en la teoría de la materia oscura fría, esos pequeños trozos deberían estar ahí afuera.
Sin embargo, encontrarlos no es tan fácil. ¿Recuerdas la parte de cómo no podemos observarlo directamente? En cambio, los astrónomos infieren su presencia en función de la influencia gravitacional que tiene sobre la materia observable a su alrededor, por ejemplo, estrellas que se mueven demasiado rápido alrededor de los bordes exteriores de las galaxias.
Otra cosa que afecta la gravedad es la luz. Si hay algo realmente masivo, como un cúmulo de galaxias, entre nosotros y una fuente de luz, la influencia gravitacional de ese cúmulo curva el espacio-tiempo, doblando el camino de la luz y creando múltiples imágenes de la fuente de luz.
(NASA, ESA y D. Player / STScI)
Se llama lentes gravitacionales, un efecto predicho por la relatividad general de Einstein. En raras ocasiones, los objetos involucrados están alineados de tal manera que se producen cuatro imágenes distorsionadas alrededor del objeto de la lente. Esto se llama un Cruz de Einstein.
¿Qué tiene que ver esto con la materia oscura fría, te preguntas? Bueno, aquí está la parte realmente genial. La influencia gravitacional de pequeños grupos de materia oscura debería, en teoría, ser observable en las diferencias encontradas en cada una de las imágenes de la fuente de luz de fondo que se dobla alrededor de la lente.
Entonces, el equipo usó el telescopio espacial Hubble para estudiar ocho cuásares cruzados de Einstein, galaxias extremadamente brillantes impulsadas por supermasivos agujeros negros, gravitacionalmente lente de galaxias masivas en primer plano.
"Imagina que cada una de estas ocho galaxias es una lupa gigante". dijo el astrofísico de la UCLA Daniel Gilman.
"Pequeños grupos 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 cabría esperar si el vidrio fuera liso".
Midieron cómo la lente deforma la luz de los cuásares. Observaron el brillo aparente y la posición de cada una de las cuatro imágenes. Y los compararon con las predicciones de cómo deberían verse las cruces de Einstein sin materia oscura.
Estas comparaciones permitieron al equipo calcular la masa de los grupos de materia oscura que alteran las imágenes. Estos grupos parecen ser entre 10,000 y 100,000 veces más pequeños que la masa de la materia oscura en y alrededor de la Vía Láctea.
Los hallazgos no descartan la existencia de materia oscura caliente, por supuesto. (Sin mencionar la complicación adicional de materia oscura mixta, un modelo que incluye ambos tipos.) Pero estos resultados agregan una evidencia sólida para el cuerpo de trabajo existente que respalda la existencia de materia oscura fría.
"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 fuerte hasta ahora de la presencia de pequeños grupos de materia oscura fría". dijo el astrónomo y físico Anna Nierenberg del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA.
"Al combinar las últimas predicciones teóricas, herramientas estadísticas y nuevas observaciones de Hubble, ahora tenemos un resultado mucho más sólido de lo que era posible anteriormente".
La investigación se presentó en la 235ª reunión de la American Astronomical Society y se publicó en el Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society.