Hemos encontrado la mitad faltante de la materia ordinaria en galaxias hinchadas
La cosmología en estos días está dominada por la búsqueda de cosas que confiamos, existen, pero no podemos encontrar o explicar: energía oscura, materia oscura y «materia faltante». Ahora una gran colaboración afirma haber encontrado el último de estos. Si bien el fracaso para encontrar la materia faltante no ha atraído nada como los recursos o la atención de los dos primeros, debería ser más fácil, por lo que el fracaso continuo sería aún más vergonzoso. En consecuencia, si este trabajo, que aún no ha completado la revisión por pares, defiende el escrutinio, proporcionará algo de alivio.
La materia faltante difiere de la materia oscura, ya que está compuesta por las mismas partículas que nosotros, junto con todo lo que estamos familiarizados. De hecho, se cree que es predominantemente hidrógeno, como dos de los tres de los átomos en el agua en nuestros cuerpos. Sin embargo, cuando miramos alrededor del universo cercano, hay menos de este asunto ordinario que en partes más distantes del universo.
Esto sugiere que algún tiempo en los últimos 14 mil millones de años más o menos, alrededor de la mitad del asunto ordinario formado en el Big Bang se hizo difícil de encontrar. Uno podría construir explicaciones poco probables basadas en la materia faltante devora o convertir en otra cosa, pero pocos físicos todavía lo han desesperado. En cambio, sospecharon que el asunto se escondía en algún lugar que luchamos por ver, y parece que tenían razón.
La explicación más popular para la materia faltante es que está presente en grandes nubes de baja densidad de gas ionizado. El hidrógeno ionizado es muy difícil de detectar, particularmente cuando la densidad es baja. Por supuesto, a baja densidad, estas nubes necesitarían ser espectacularmente grandes para contener la cantidad de masa faltante, pero se han considerado el sospechoso más probable.
Las nuevas mediciones tomadas alrededor de las galaxias por 75 científicos parecen apoyar esta idea, con gases que se encuentran cinco veces más lejos de los centros galácticos de lo que se había anticipado antes de que el misterio de la materia faltante cambie esas anticipaciones. Cinco veces el radio significa 125 veces el volumen, por lo que el gas puede ser de muy baja densidad y aún tener mucha masa.
«Creemos que, una vez que nos alejamos de la galaxia, recuperamos todo el gas perdido», dijo la Dra. Boryana Hadzhiyska de UC Berkeley en un comunicado. Sin embargo, encontrar parte de la materia faltante no significa que el equipo lo haya localizado todo. «Para ser más precisos, tenemos que hacer un análisis cuidadoso con simulaciones, lo que no hemos hecho. Queremos hacer un trabajo cuidadoso», dijo Hadzhiyska.
Sin embargo, el Dr. Simone Ferrar dijo: «Las mediciones son ciertamente consistentes con encontrar todo el gas».
Un mapa del universo creado por la colaboración desi con la Tierra en el centro y cada galaxia marcada como un punto. El mapa fue creado para la búsqueda de materia oscura, pero los datos también fueron útiles para encontrar la materia ordinaria faltante.
Crédito de la imagen: Desi Collaboration y Kpno/Noirlab/NSF/Aura/R. Procurador
Además de la satisfacción de probablemente resolver un misterio, el trabajo parece revelar algo sobre la actividad de los agujeros negros supermasivos (SMBH) en el corazón de las galaxias, lo que implica que son más activos de lo que pensábamos.
Se cree que el gas ionizado alcanza estas vastas distancias como resultado de ser expulsado por el SMBH de la galaxia. Las distancias a las que se encontró requieren otro método para la expulsión, o los SMBHS son inesperadamente activos. Los autores actualmente favorecen a este último, y piensan que el ciclo en el que las SMBH causan que el centro de sus galaxias se vuelva activo es más complejo de lo que se pensaba anteriormente. Esta explicación obtiene el apoyo de la evidencia que el halo de gas está compuesto por filamentos, en lugar de distribuirse uniformemente.
El equipo buscó la materia faltante apilando imágenes de alrededor de 7 millones de galaxias rojas dentro de los 8 mil millones de años luz de la Tierra uno encima del otro y buscando la radiación de fondo de microondas cósmico. El hidrógeno ionizado es demasiado oscuro y difuso para encontrar con las técnicas tradicionales, pero aún dispersa el fondo de microondas. La comparación de la fuerza de dispersión cerca de las galaxias y en los espacios intermedios revela la presencia de gas. A diferencia de otros métodos, este enfoque no se ve afectado por la temperatura del gas, solo cuánto de él existe.
Imágenes de galaxias a diferentes distancias tomadas en frecuencias asociadas con el fondo de microondas cósmico y apiladas una encima de la otra, revelando la dispersión (visto aquí como amarillo).
Crédito de la imagen: Boryana Hadzhiyska y Simone Ferraro, con datos de Desi y ACT; Hadzhiyska et al
«El fondo de microondas cósmico está en la parte posterior de todo lo que vemos en el universo. Es el borde del universo observable», dijo Ferraro. «Entonces puedes usar eso como luz de fondo para ver dónde está el gas». Las galaxias rojas están altamente evolucionadas, después de haber pasado por la etapa de formación de estrellas rápidas. Se cree que sus SMBHS generalmente son tranquilos, por lo que se usaron para este estudio, pero eso puede requerir una reconsideración,
Resolver la distribución de la materia faltante podría ser un trampolín para encontrar materia oscura, cuya gravedad debería influir en cómo se dispersa el gas, aunque hasta ahora los hallazgos del equipo parecen inconsistentes con esto. En cambio, el gas parece estirarse mucho más allá de donde se pueden observar los efectos de la materia oscura.
El estudio se ha presentado a cartas de revisión física y está disponible en arxiv.org mientras se somete a revisión por pares.
