Astrofísica

Revelada la distribución de la materia oscura más antigua jamás observada en el Universo

Fue identificada en los residuos de radiación del Big Bang, hace 12 mil millones de años

Revelada la distribución de la materia oscura más antigua jamás observada en el Universo

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Pablo Javier Piacente

Los científicos han desvelado la naturaleza de la materia oscura que rodea a un cúmulo de galaxias en el escenario que presentaban hace 12 mil millones de años, mucho más atrás en el tiempo que lo logrado hasta hoy. Los hallazgos dejan ver que las reglas fundamentales de la cosmología pueden diferir al examinar la historia temprana de nuestro Universo.

Un equipo de investigadores de la Universidad de Nagoya, en Japón, analizó residuos de radiación del Big Bang para observar la formación de materia oscura alrededor de las primeras galaxias hace 12 mil millones de años, más atrás que nunca. Se centraron en las llamadas galaxias Lyman-break, cúmulos de galaxias formadoras de estrellas y extremadamente distantes, que comprenden hasta 1.000 galaxias unidas por la gravedad con grandes cantidades de materia oscura.

Más lejos en el tiempo

Hasta el momento, los estudios previos solo habían logrado analizar la materia oscura en cúmulos galácticos en la forma en que se veían hace no más de 10 mil millones de años atrás. Esto se debía a las limitaciones que implica observar galaxias tan distantes, debido a la débil luz que emiten. En consecuencia, la distribución de la materia oscura entre ese tiempo y hace 13.700 millones de años, alrededor del comienzo de nuestro Universo, seguía siendo todo un misterio.

Debido a la influencia de la velocidad de la luz, las galaxias distantes no se ven como son en la actualidad, sino como eran hace miles de millones de años. Además, la lejanía supone otro problema: la luz que puede captarse es mínima. Pero aún más desafiante es observar la materia oscura, que directamente no emite luz. Esto explica por qué sabemos tan poco sobre el origen de la materia oscura, esa enigmática sustancia que concentra aproximadamente el 95% de la materia presente en el cosmos.

Los científicos logran medir aproximadamente la cantidad de materia oscura alrededor de una galaxia observando la distorsión del espacio y el tiempo circundantes, en función de la atracción gravitatoria de la galaxia, el impacto en la luz que emite y su reflejo en los objetos que la rodean. Cuanto mayor es la cantidad de materia oscura, mayor es la distorsión. Sin embargo, esa tarea resulta especialmente compleja en el caso de las primeras galaxias, debido a la escasa cantidad de luz que puede captarse.

Superando límites

Las galaxias ubicadas en los confines más profundos del Universo son increíblemente débiles: por eso, al observar más lejos de la Tierra se vuelve cada vez menos efectiva la técnica utilizada para medir la materia oscura. La distorsión captada es extremadamente sutil y muy difícil de detectar en la mayoría de los casos, por lo tanto se necesitan muchas galaxias o estructuras de fondo para identificar la señal de materia oscura. De esta manera, se pueden “amplificar” las emisiones de la galaxia analizada.

Según una nota de prensa, los científicos liderados por Hironao Miyatake lograron superar este desafío estudiando el fondo cósmico de microondas (CMB), el residuo de radiación del Big Bang, la explosión que dio origen al cosmos hace unos 13.800 millones de años. Utilizando datos del satélite Planck de la Agencia Espacial Europea (ESA), el equipo midió cómo la materia oscura alrededor de las galaxias observadas distorsionaba las microondas. 

Los datos obtenidos permiten apreciar la distribución de la materia oscura hace 12 mil millones de años, que según los investigadores difiere de lo indicado en los modelos cosmológicos aceptados en la actualidad. Los científicos han observado que, mientras más nos alejamos en el tiempo, la materia oscura parece estar menos concentrada y su distribución es diferente a la indicada en las teorías vigentes.

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Estas observaciones, realizadas solo 1.700 millones de años después del comienzo del Universo, permiten apreciar a estas galaxias primarias de la forma en que se veían poco después de su formación inicial. El nuevo estudio, publicado recientemente en Physical Review Letters, brinda nuevos conocimientos sobre la evolución de estas galaxias y de la materia oscura existente alrededor de las mismas, abriendo un nuevo escenario para entender los instantes iniciales del cosmos. 

Referencia

First Identification of a CMB Lensing Signal Produced by 1.5 Million Galaxies at z∼4: Constraints on Matter Density Fluctuations at High Redshift. Hironao Miyatake et al. Physical Review Letters (2022). DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.129.061301