Durante muchos años, los científicos no han podido encontrar un trozo de materia en el universo. Los materiales publicados recientemente muestran dónde se esconde.
Los astrónomos finalmente han encontrado las últimas piezas faltantes del universo. Han estado ocultos desde mediados de la década de 1990, y en algún momento los investigadores decidieron hacer un inventario de toda la materia "ordinaria" en el espacio, incluidas las estrellas, los planetas, el gas, es decir, todo lo que consiste en partículas atómicas. (Esto no es "materia oscura", que es un misterio aparte.) Los científicos tenían una idea bastante clara de cuánto debería ser esta materia, basándose en las conclusiones de estudios teóricos sobre su origen en la época del Big Bang. Los estudios del fondo cósmico de microondas (los restos de luz del Big Bang) confirmaron posteriormente estas estimaciones iniciales.
Reunieron toda la materia que pudieron ver: estrellas, nubes de gas y cosas por el estilo. Es decir, todos los llamados bariones. Representaron solo el 10% de lo que debería haber sido. Y cuando los científicos llegaron a la conclusión de que la materia ordinaria representa solo el 15% de toda la materia del Universo (el resto es materia oscura), para ese momento habían inventariado solo el 1.5% de toda la materia del Universo.
Después de realizar una serie de estudios, los astrónomos encontraron recientemente las últimas piezas de materia ordinaria en el universo. (Todavía están perplejos, sin saber de qué está hecha la materia oscura). Y aunque tomó mucho tiempo buscarla, los científicos la encontraron exactamente donde esperaban encontrarla: en los enormes rizos de gases calientes que ocupan los vacíos entre las galaxias. Más precisamente, se les llama ambiente intergaláctico cálido-caliente (WHIM).
norte
Los primeros indicios de que podrían existir vastas regiones de gas esencialmente invisible entre galaxias provienen de simulaciones por computadora en 1998. “Queríamos ver qué estaba pasando con todo este gas en el universo”, dijo el cosmólogo Jeremiah Ostriker de la Universidad de Princeton, quien construyó uno de esos modelos con su colega Renyue Cen. Estos científicos han modelado el movimiento del gas en el universo bajo la influencia de la gravedad, la luz, las explosiones de supernovas y todas las fuerzas que mueven la materia a través del espacio. "Encontramos que el gas se acumula en filamentos detectables", dijo Ostricker.
Pero no pudieron encontrar estos hilos, entonces.
"Desde los primeros días del modelado cosmológico, quedó claro que una parte significativa de la materia bariónica existe en forma difusa y caliente fuera de las galaxias", dijo un astrofísico de la Universidad de Liverpool. John Moores Ian McCarthy. Los astrónomos pensaron que estos bariones calientes corresponderían a una superestructura cósmica compuesta de materia oscura invisible que llena los vacíos gigantes entre las galaxias. La fuerza de atracción de la materia oscura debería atraer gas y calentarlo a una temperatura de varios millones de grados. Desafortunadamente, encontrar gas caliente y enrarecido es extremadamente difícil.
Para descubrir los hilos ocultos, dos equipos de científicos comenzaron a buscar de forma independiente distorsiones precisas de la radiación de la reliquia (resplandor del Big Bang). Dado que la luz del universo primitivo fluye a través del espacio exterior, puede verse afectada por las regiones por las que pasa. En particular, los electrones en un gas ionizado caliente (que constituye un medio intergaláctico cálido-caliente) deben interactuar con los protones de la radiación relicta, y de tal manera que esto les dé energía adicional a los protones. En consecuencia, el espectro del CMB debería distorsionarse.
Video promocional:
Desafortunadamente, incluso los mejores mapas de CMB (obtenidos del satélite Planck) no mostraron tales distorsiones. O no hubo gas o el impacto fue demasiado débil e imperceptible.
Pero los científicos de los dos equipos estaban decididos a hacerlo visible. Sabían por los modelos informáticos del universo, en los que aparecían más y más detalles, que el gas debería extenderse entre galaxias masivas como una telaraña en el alféizar de una ventana. El satélite Planck no ha podido ver en ninguna parte el gas entre pares de galaxias. Entonces, los investigadores idearon una forma de amplificar una señal débil un millón de veces.
Primero escanearon catálogos de galaxias conocidas en un intento de encontrar los pares que estaban buscando, es decir, galaxias que son lo suficientemente masivas y están lo suficientemente espaciadas como para que pueda aparecer una red de gas bastante densa entre ellas. Los astrofísicos luego volvieron a los datos del satélite, localizaron cada par de galaxias y, esencialmente, tallaron esa región en el espacio con tijeras digitales. Con más de un millón de recortes en sus manos (esto es lo que tenía el equipo de la estudiante graduada de la Universidad de Edimburgo Anna de Graaff), comenzaron a rotarlos, agrandarlos y reducirlos para que todos los pares de galaxias fueran visibles en la misma posición. Después de eso superpusieron un millón de pares galácticos El uno al otro.(Un equipo de investigadores dirigido por Hideki Tanimura del Instituto de Astrofísica Espacial en Orsay ha reunido 260.000 pares de galaxias). Y luego los filamentos individuales, que representan filamentos fantasmales de gas caliente enrarecido, de repente se hicieron visibles.
norte
Este método tiene sus inconvenientes. Según el astrónomo Michael Shull de la Universidad de Colorado Boulder, la interpretación de los resultados requiere ciertas suposiciones sobre la temperatura y la distribución del gas caliente en el espacio. Y con las señales superpuestas, “siempre existe la preocupación por las 'señales débiles' que resultan de la combinación de una gran cantidad de datos. "Como sucede a veces con las encuestas sociológicas, se pueden obtener resultados erróneos cuando aparecen valores atípicos o errores aleatorios de muestreo en el desglose que distorsionan las estadísticas".
Basándose en parte en estas consideraciones, la comunidad astronómica se negó a considerar este tema como resuelto. Se necesitaba un método independiente para medir gases calientes. Este verano apareció.
Efecto baliza
Mientras los dos primeros grupos de investigadores se superponían señales entre sí, el tercer equipo comenzó a actuar de manera diferente. Estos científicos comenzaron a observar un cuásar distante, como llaman a un objeto brillante a miles de millones de años luz de distancia, para detectar gas en el espacio intergaláctico supuestamente vacío a través del cual pasa su luz. Era como examinar un rayo de una baliza distante para analizar la niebla que se había acumulado a su alrededor.
Por lo general, cuando los astrónomos hacen tales observaciones, buscan luz absorbida por el hidrógeno atómico, ya que este elemento es el más presente en el universo. Desafortunadamente, en este caso, esta opción fue excluida. El medio intergaláctico tibio-caliente es tan incandescente que ioniza el hidrógeno, privándolo de su único electrón. El resultado es un plasma de protones y electrones libres que no absorben luz en absoluto.
Por lo tanto, los científicos decidieron buscar otro elemento: el oxígeno. El oxígeno en un medio intergaláctico cálido-caliente es mucho menor que el hidrógeno, pero el oxígeno atómico tiene ocho electrones, mientras que el hidrógeno tiene uno. Debido al calor, la mayoría de los electrones vuelan, pero no todos. Este equipo de investigación, dirigido por Fabrizio Nicastro del Instituto Nacional de Astrofísica de Roma, rastreó la luz absorbida por el oxígeno, que ha perdido seis de sus ocho electrones. Descubrieron dos regiones de gas intergaláctico caliente. "El oxígeno da una señal que indica la presencia de un volumen mucho mayor de hidrógeno y helio", dijo Schull, que forma parte del equipo de Nikastro. Luego, los científicos compararon la cantidad de gas que encontraron entre la Tierra y el cuásar con el universo en su conjunto. El resultado mostró que encontraron el 30% faltante.
Estas cifras también son bastante consistentes con las conclusiones del estudio del CMB. “Nuestros equipos analizaron diferentes piezas del mismo rompecabezas y llegaron a la misma conclusión, lo que nos da confianza dada la diferencia en los métodos de investigación”, dijo el astrónomo Mike Boylan-Kolchin de la Universidad de Texas en Austin.
El siguiente paso, dijo Shull, debería ser observar más cuásares con una nueva generación de telescopios de rayos X y ultravioleta con mayor sensibilidad. “El quásar que observamos fue el mejor y más brillante faro que pudimos encontrar. Otros serán menos brillantes y las observaciones durarán más”, dijo. Pero por hoy la conclusión es clara. "Concluimos que se ha encontrado la materia bariónica faltante", escribieron los científicos.
Katya Moskvich (KATIA MOSKVITCH)
