ALMA descubre fluctuaciones a pequeña escala en la materia oscura del Universo

7 Septiembre, 2023 / Tiempo de lectura: 6 minutes

Innovador estudio utilizó ALMA para allanar el camino a una comprensión más profunda de la verdadera naturaleza de la materia oscura.

Un equipo de investigación dirigido por el profesor Kaiki Taro Inoue de la Universidad Kindai de Osaka (Japón) usó el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) en Chile para realizar un descubrimiento sin precedentes. El equipo ha descubierto fluctuaciones en la distribución de la materia oscura en el Universo en una escala menor que la de las galaxias masivas.

Esta es la primera vez que se detectan fluctuaciones espaciales de la materia oscura en el Universo lejano en escalas inferiores a 30.000 años luz. Este resultado muestra que la materia oscura fría ¹ se ve favorecida incluso en escalas más pequeñas que las galaxias masivas y es un paso esencial hacia la comprensión de la verdadera naturaleza de la materia oscura. El artículo se publicó en "The Astrophysical Journal" el 7 de septiembre.

Se cree que la materia oscura, el material invisible que constituye una fracción significativa de la masa del Universo, jugó un papel importante en la formación de estructuras como estrellas y galaxias ². Dado que la materia oscura no está distribuida uniformemente en el espacio sino en grupos, su gravedad puede cambiar ligeramente la trayectoria de la luz (incluidas las ondas de radio) procedente de fuentes de luz distantes. Las observaciones de este efecto (lente gravitacional) han demostrado que la materia oscura está asociada con galaxias y cúmulos de galaxias relativamente masivos. Sin embargo, se desconoce cómo se distribuye a escalas más pequeñas.

Utilizando el excepcional poder de observación de ALMA, el equipo de investigación se centró en un quásar distante ³, MG J0414+0534 ⁴, situado a 11 mil millones de años luz de la Tierra. Este cuásar en particular muestra una rara imagen cuádruple gracias a los efectos de lentes gravitacionales de una galaxia en primer plano. Sin embargo, las posiciones y formas de estas imágenes no coincidían con los cálculos basados únicamente en la atracción gravitacional de la galaxia en primer plano, lo que indica otra influencia en juego.

Investigaciones más profundas revelaron la fuente de esta discrepancia: los efectos de la materia oscura en una escala más pequeña que la de las galaxias grandes, específicamente, a menos de 30.000 años luz. Estos hallazgos confirmaron y enriquecieron el modelo teórico de la materia oscura fría. Según la teoría, estos grupos de materia oscura se distribuyen no sólo dentro de las galaxias sino también en espacios intergalácticos

El desafío radica en el hecho de que los efectos de lentes gravitacionales inducidos por estos pequeños grupos de materia oscura son complicados de detectar por sí solos. Sin embargo, las capacidades de alta resolución de ALMA, junto con el efecto de lente de la galaxia en primer plano, permitieron esta detección pionera. Por lo tanto, esta investigación es un paso importante hacia la verificación de las teorías de la materia oscura y desentrañar aún más su enigmática naturaleza.

Este trabajo fue apoyado por Subvenciones para la Investigación Científica de la Sociedad Japonesa para la Promoción de la Ciencia (Nos. 17H02868, 19K03937), el Observatorio Astronómico Nacional de Japón Proyecto Conjunto de Investigación Científica ALMA 2018-07A, el mismo ALMA J A P A N Research Fondo NAOJ-ALMA-256, y Taiwán MoST 103-2112-M-001-032-MY3, 106-2112-M-001-011, 107-2119-M-001-020, 107-2119-M-001- 020.

Información adicional

El equipo de investigación estuvo compuesto por Kaiki Taro Inoue (Facultad de Ciencias e Ingeniería, Universidad Kindai, Higashi-Osaka, Japón), Takeo Minezaki (Instituto de Astronomía, Facultad de Ciencias, Universidad de Tokio, Mitaka, Tokio, Japón), Satoki Matsushita (Instituto de Astronomía y Astrofísica, Academia Sínica, Taipei, Taiwán) y Kouichiro Nakanishi (Na Observatorio Astronómico Internacional de Japón, Mitaka, Tokio, Japón / Universidad de Graduados en Estudios Avanzados, SOKENDAI, Mitaka, Japón).

El comunicado de prensa original fue publicado por el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ), socio de ALMA en representación de Asia del Este.

El Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), una instalación astronómica internacional, es una asociación de ESO, la Fundación Nacional de Ciencias de EE.UU. (NSF) y los Institutos Nacionales de Ciencias Naturales (NINS) de Japón en cooperación con la República de Chile. ALMA está financiado por ESO en nombre de sus Estados miembros, por NSF en cooperación con el Consejo Nacional de Investigación de Canadá (NRC) y el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (NSTC) en Taiwán y por NINS en cooperación con la Academia Sinica (AS) de Taiwán y el Instituto de Astronomía y Ciencias Espaciales de Corea (KASI). 

La construcción y las operaciones de ALMA están lideradas por ESO en nombre de sus Estados miembros, por el Observatorio Nacional de Radioastronomía (NRAO), administrado por Associated Universities, Inc. (AUI) en nombre de América del Norte, y por el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ) en nombre de Asia Oriental. El Joint ALMA Observatory (JAO) proporciona el liderazgo unificado y la gestión de la construcción, puesta en marcha y operación de ALMA.

Imágenes

Notas

1. A medida que el Universo se expande, la densidad de la materia disminuye. Así, las partículas de materia oscura (materia invisible a la luz) ya no encontrarán otras partículas y tendrán un movimiento independiente diferente al movimiento de la materia ordinaria. En este caso, las partículas de materia oscura que se mueven a una velocidad muy inferior a la de la luz con respecto a la materia ordinaria se denominan materia oscura fría. Debido a su baja velocidad, no puede borrar las estructuras de pequeña escala del Universo. ↩︎
2. En el Universo temprano, se cree que las estrellas y galaxias se formaron por el crecimiento gravitacional de las fluctuaciones de densidad de la materia oscura y la agregación de hidrógeno y helio atraídos por grupos de materia oscura. Aún se desconoce la distribución de la materia oscura en escalas más pequeñas que la de las galaxias masivas. ↩︎
3. Un cuásar es la región compacta central de una galaxia que emite luz extremadamente brillante. La región compacta y sus alrededores tienen una gran cantidad de polvo que emite ondas de radio. ↩︎
4. MG J0414+0534 está ubicado en la dirección de la constelación de Tauro vista desde la Tierra. El corrimiento al rojo de este objeto (el aumento en la longitud de onda de la luz dividido por la longitud de onda original) es z=2,639. Se supone que la distancia correspondiente es de 11 mil millones de años luz, considerando la incertidumbre en los parámetros cosmológicos. ↩︎