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💫Destellos de luz sobre la materia oscura

Destellos de luz sobre la materia oscura
Usando la luz de cuásares muy distantes para estudiar el espacio intergaláctico

Fecha: 21 de julio de 2017



Fuente: Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati

Resumen:

Una red que atraviesa infinitos espacios intergalácticos, un denso bosque cósmico iluminado por luces muy lejanas y un enorme enigma a resolver. Estos son los ingredientes pintorescos de una investigación científica que agrega un elemento importante para comprender uno de los componentes fundamentales de nuestro Universo: la materia oscura.


HISTORIA COMPLETA

En el lado izquierdo la web cósmica en el escenario frío estándar, en el lado derecho cómo se vería en el modelo Fuzzy Dark Matter. Las líneas curvas en ambos paneles muestran cómo la absorción por el hidrógeno neutro en la web cósmica se comporta en los dos modelos. La curva de la derecha no está de acuerdo con los datos, mientras que la de la izquierda.

Crédito: Matteo Viel

Una red que atraviesa infinitos espacios intergalácticos, un denso bosque cósmico iluminado por luces muy lejanas y un enorme enigma a resolver. Estos son los ingredientes pintorescos de una investigación científica - llevada a cabo por un equipo internacional compuesto por investigadores de la Escuela Internacional de Estudios Adventistas (SISSA) y el Centro Internacional Abdus Salam de Física Teórica (ICTP) en Trieste, el Instituto de Astronomía de Cambridge y la Universidad de Washington - que añade un elemento importante para comprender uno de los componentes fundamentales de nuestro Universo: la materia oscura.

Para estudiar sus propiedades, los científicos analizaron la interacción de la "red cósmica", una red de filamentos formada por gas y materia oscura presente en todo el Universo, con la luz procedente de cuásares y galaxias muy distantes. Los fotones que interactúan con el hidrógeno de los filamentos cósmicos crean muchas líneas de absorción definidas como "bosque Lyman-alfa". Esta interacción microscópica logra revelar varias propiedades importantes de la materia oscura a distancias cosmológicas. Los resultados apoyan aún más la teoría de la materia oscura fría, que se compone de partículas que se mueven muy lentamente. Además, por primera vez, destacan la incompatibilidad con otro modelo, es decir, la Materia Oscura Fuzzy, para la cual las partículas de materia oscura tienen velocidades mayores. La investigación se llevó a cabo a través de simulaciones realizadas en supercomputadoras paralelas internacionales y ha sido publicada recientemente en Physical Review Letters.

Aunque constituye una parte importante de nuestro cosmos, la materia oscura no es directamente observable, no emite radiación electromagnética y sólo es visible a través de efectos gravitacionales. Además, su naturaleza sigue siendo un profundo misterio. Las teorías que tratan de explorar este aspecto son diversas. En esta investigación, los científicos investigaron dos de ellos: la llamada Materia Oscura Fria, considerada un paradigma de la cosmología moderna, y un modelo alternativo llamado Fuzzy Dark Matter (FDM), en el cual la materia oscura se considera compuesta por bosones ultraligeros provistos de Una presión no despreciable a pequeñas escalas. Para llevar a cabo sus investigaciones, los científicos examinaron la red cósmica analizando el bosque llamado Lyman-alfa. El bosque de Lyman-alfa consiste en una serie de líneas de absorción producidas por la luz procedente de fuentes muy lejanas y extremadamente luminosas, que atraviesa el espacio intergaláctico a lo largo de su camino hacia los telescopios terrestres. La interacción atómica de los fotones con el hidrógeno presente en los filamentos cósmicos se utiliza para estudiar las propiedades del cosmos y de la materia oscura a grandes distancias.

A través de simulaciones realizadas con supercomputadoras, los investigadores reprodujeron la interacción de la luz con la red cósmica. Así fueron capaces de inferir algunas de las características de las partículas que componen la materia oscura. Más en particular, la evidencia mostró por primera vez que la masa de las partículas, que supuestamente componen la materia oscura de acuerdo con el modelo FDM, no es consistente con el bosque de Lyman-alfa observado por el telescopio Keck (Hawai, EE.UU.) y el Telescopio Muy Grande (European Southern Observatory, Chile). Básicamente, el estudio parece no confirmar la teoría de la materia oscura difusa. Los datos, en cambio, apoyan el escenario previsto por el modelo de la materia fría oscura.

Los resultados obtenidos - dicen los científicos - son importantes, ya que permiten construir nuevos modelos teóricos para describir la materia oscura y nuevas hipótesis sobre las características del cosmos. Por otra parte, estos resultados pueden proporcionar indicaciones útiles para la realización de experimentos en laboratorios y pueden guiar los esfuerzos de observación encaminados a avanzar en este fascinante tema científico.

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