20 Jun Descubren la materia del Universo que faltaba por detectar

Un estudio pionero ha localizado por completo la materia del Universo que se encontraba dispersa entre galaxias, utilizando ráfagas rápidas de radio (FRBs) y el radiotelescopio DSA-110. Los resultados confirman predicciones cosmológicas y abren nuevas vías para comprender la estructura del cosmos.

La gran mayoría de la materia del Universo es oscura, es decir, completamente invisible y detectable solo por sus efectos gravitacionales.

La materia ordinaria, desde protones hasta planetas y personas, representa apenas un 16 %. A diferencia de la materia oscura, la materia ordinaria emite luz en diversas longitudes de onda, por lo que sí puede observarse.

Sin embargo, una gran parte de esta materia del Universo es difusa y se distribuye tenuemente entre los halos que rodean las galaxias y en los enormes espacios intergalácticos.

Debido a esta naturaleza difusa, aproximadamente la mitad de la materia ordinaria del Universo no había podido contabilizarse y se consideraba “desaparecida”… hasta ahora.

Ráfagas de radio rápidas (FRBs)

Un equipo de astrónomos del Instituto Tecnológico de California (Caltech) y del Centro de Astrofísica | Harvard & Smithsonian (CfA) ha detectado directamente y contabilizado por primera vez toda esta materia faltante del Universo.

Para lograrlo, utilizaron breves y brillantes destellos de radio procedentes del cosmos profundo, conocidos como ráfagas rápidas de radio (FRBs), que sirvieron para iluminar la materia situada entre los FRBs y la Tierra.

“Las FRBs atraviesan la niebla del medio intergaláctico, y al medir con precisión cómo se ralentiza la luz, podemos pesar esa niebla, incluso cuando es demasiado tenue para observarla”, explica Liam Connor, profesor asistente en Harvard y autor principal del estudio, quien realizó gran parte del trabajo cuando era profesor asistente en Caltech junto con Vikram Ravi, profesor de astronomía.

Analizando 69 FRBs: un esfuerzo conjunto

El estudio analizó un total de 69 FRBs localizadas, situadas a distancias que oscilan entre unos 11,74 millones y 9.100 millones de años luz. La más lejana, FRB 20230521B, es ahora la FRB más distante que jamás se haya registrado.

Aunque ya se han detectado más de mil FRBs, solo alrededor de un centenar se han podido vincular con galaxias anfitrionas concretas, lo que permite conocer su origen y distancia a la Tierra. Estas FRBs localizadas fueron esenciales para el estudio.

De las 69 FRBs analizadas, 39 las detectó la red de radiotelescopios DSA-110 (Deep Synoptic Array), ubicada en el Observatorio de Radio de Owens Valley (OVRO), en California.

Este sistema, financiado por la Fundación Nacional de Ciencia (NSF), se ha diseñado específicamente para captar y localizar FRBs, y permitió identificar las galaxias de origen.

Instrumentos del Observatorio W. M. Keck en Hawái y del Observatorio Palomar cerca de Sa5n Diego determinaron las distancias.

Otros telescopios del mundo se emlearon para descubrir las otras 30 FRBs del estudio, especialmente por el radiotelescopio Australian Square Kilometre Array Pathfinder.

La mayoría de la materia del Universo está entre galaxias

Estas ráfagas rápidas de radio, aunque interesantes en sí mismas, fueron clave en este trabajo para detectar la materia ordinaria del Universo que hasta ahora permanecía oculta.

A medida que la luz de radio viaja desde los FRBs hasta la Tierra, se dispersa en diferentes longitudes de onda, como la luz solar al pasar por un prisma. El grado de dispersión depende directamente de cuánta materia se encuentra en su camino.

“Es como si viéramos la sombra de todos los bariones, con las FRBs como luz de fondo”, señala Ravi. “Si ves a una persona frente a ti, puedes conocer muchos detalles. Pero si solo ves su sombra, aún sabes que está ahí y más o menos su tamaño.”

Los resultados revelan que el 76 % de la materia ordinaria del Universo se encuentra en el espacio entre galaxias, lo que se conoce como medio intergaláctico. Un 15 % reside en los halos de las galaxias, y el resto se concentra en el interior de las galaxias, ya sea en forma de estrellas o gas frío.

La puerta hacia una nueva física

Esta distribución concuerda con las predicciones de simulaciones cosmológicas avanzadas, aunque nunca se había confirmado observacionalmente hasta ahora.

Este descubrimiento ayudará a los investigadores a comprender mejor cómo crecen las galaxias y demuestra el valor de las FRBs como herramientas para la cosmología.

Por ejemplo, pueden contribuir a calcular la masa de partículas subatómicas llamadas neutrinos, cuya masa influye en el grado de agrupación de los bariones.

Aunque el modelo estándar de física predice que los neutrinos no deberían tener masa, las observaciones demuestran que poseen una minúscula cantidad, lo que podría abrir la puerta a nueva física más allá del modelo estándar.

Según Ravi, este es solo el comienzo del uso cosmológico de las FRBs. En el futuro, el radiotelescopio DSA-2000 de Caltech, previsto en el desierto de Nevada, ampliará estos estudios.

Esta nueva matriz podrá detectar y localizar hasta 10 mil FRBs al año, lo que permitirá avanzar significativamente en la exploración de la materia del Universo y de los fenómenos más extremos del cosmos.

Fuente: Missing Matter in Universe Found