titilante en las galaxias
Ars Technica
Los halos de materia oscura dejan rastros de estrellas perturbadas que pueden ser visibles en los estudios del cielo.
Por Chris Lee para Ars Technica Mayo 31 de 2018
El universo, según los cosmólogos, está dividido en tres porciones desiguales. En la gran papelera cerca del pasillo de salida, encontrarás energía oscura. El trabajo de Dark Energy es separar todo. Hay mucha cantidad, y nadie sabe por qué. Luego, junto a la energía oscura, en un estante de exhibición, encontrarás una cantidad menor de materia oscura. La materia regular, lo que tú y yo podemos ver, está escondida: pequeña y apenas perceptible.
Pero el Universo no es la exhibición de una tienda, y estas partes individuales pueden interactuar. Muchos de nuestros modelos de materia oscura predicen una jerarquía de estructuras: halos de materia oscura en y alrededor de cúmulos galácticos y galaxias individuales que los mantienen unidos. A gran escala, podemos detectar estos halos a través de lentes gravitacionales. Debido a que hay observaciones para restringirlos, todas las teorías actuales de la materia oscura predicen los halos grandes correctamente.
Sin embargo, estas mismas teorías también predicen halos más pequeños con tamaños entre 1,000 y mil millones de masas solares. En este rango masivo, no tenemos observaciones, y en consecuencia, las teorías actuales no concuerdan. Sin embargo, estos diminutos halos serán difíciles de detectar: su efecto gravitacional -la única forma en que podemos verlos- será mínimo. Pero, ahora un grupo de investigadores puede haber descubierto una nueva forma de detectar algunos de ellos .
El universo, según los cosmólogos, está dividido en tres porciones desiguales. En la gran papelera cerca del pasillo de salida, encontrarás energía oscura. El trabajo de Dark Energy es separar todo. Hay mucha cantidad, y nadie sabe por qué. Luego, junto a la energía oscura, en un estante de exhibición, encontrarás una cantidad menor de materia oscura. La materia regular, lo que tú y yo podemos ver, está escondida: pequeña y apenas perceptible.
Pero el Universo no es la exhibición de una tienda, y estas partes individuales pueden interactuar. Muchos de nuestros modelos de materia oscura predicen una jerarquía de estructuras: halos de materia oscura en y alrededor de cúmulos galácticos y galaxias individuales que los mantienen unidos. A gran escala, podemos detectar estos halos a través de lentes gravitacionales. Debido a que hay observaciones para restringirlos, todas las teorías actuales de la materia oscura predicen los halos grandes correctamente.
Sin embargo, estas mismas teorías también predicen halos más pequeños con tamaños entre 1,000 y mil millones de masas solares. En este rango masivo, no tenemos observaciones, y en consecuencia, las teorías actuales no concuerdan. Sin embargo, estos diminutos halos serán difíciles de detectar: su efecto gravitacional -la única forma en que podemos verlos- será mínimo. Pero, ahora un grupo de investigadores puede haber descubierto una nueva forma de detectar algunos de ellos.
Buscando la oscuridad
Para detectar la materia oscura, debemos dirigirnos a la tercera y más pequeña porción del Universo: materia normal. Sí, por los márgenes de error cosmológico, todo lo que se puede tocar, sentir o ver es prácticamente insignificante. Los cosmólogos no descuidan lo insignificante, porque esa pequeña fracción del Universo es todo lo que podemos detectar. Solo sabemos acerca de la energía oscura y la materia oscura a través de cómo cambian el movimiento de la materia visible.
Este cambio de movimiento es exactamente lo que los investigadores predicen que sucederá cuando pequeños halos de materia oscura pasen cerca de grupos de materia ordinaria. Una nube de materia oscura que pasa a través de una galaxia resulta ser como una cuchara que revuelve el café. La interrupción resultante de la galaxia debe ser detectable como una especie de despertar a través de las estrellas, según los investigadores.
Imagine la parte interna de una galaxia: millones de estrellas que han estado orbitando alrededor de la otra durante miles de millones de años. En ese momento se han pateado y jalado el uno al otro para que hayan alcanzado una especie de equilibrio. Como resultado, la distribución de velocidades sigue una forma matemática específica. Incluso podemos medir esa distribución observando el desplazamiento Doppler del color de la luz de diferentes estrellas en la galaxia.
Desde el escenario a la izquierda, como una cuchara inimaginablemente grande, un halo de materia oscura pasa a través de la galaxia interior, agitando las estrellas. Esas estrellas que se movían en la misma dirección que el halo se aceleran a una velocidad aún mayor; aquellos que se mueven en la dirección opuesta se ralentizan. Las estrellas que se encuentran fuera de las inmediaciones del halo se ven atraídas hacia él. En otras palabras, la distribución de las velocidades estelares se distorsiona seriamente.
Cruzando las corrientes
Los cálculos de los investigadores muestran que debería ser posible medir la estela estelar de los halos de materia oscura hasta alrededor de 10 millones de masas solares. Esto encaja perfectamente entre otras dos técnicas de medición: las lentes gravitacionales pueden captar los halos más grandes, y uno llamado método de corriente estelar puede ser sensible a halos aún más pequeños que la técnica de estela estelar.
Sin embargo, el movimiento conmovedor de la estela estelar proporciona una visión diferente de la corriente estelar. A medida que el halo pasa a través de la galaxia, los movimientos de las estrellas cambian, y eso se puede medir tan pronto como la luz llegue a la Tierra. El método de la corriente estelar se basa en el halo que primero perturba una corriente de estrellas, que luego se mueve, produciendo lagunas en la corriente. Toma tiempo para que se formen estas lagunas.
Eso significa que no podemos ver la materia oscura perturbando a la galaxia ahora; es obvio solo en el efecto una vez que el halo desapareció. Si queremos observar el proceso de la mezcla de la materia oscura con una galaxia, el método de estela estelar puede ser el camino a seguir.
Normalmente, no escribo sobre las medidas propuestas con demasiada frecuencia debido a los retrasos de tiempo involucrados. El primer documento comienza una discusión. Suponiendo que todo vaya bien, alguien tiene que proponer una misión espacial. Esto tiene que pasar por miles de millones de rondas de revisión antes de que el satélite completo explote en la plataforma de lanzamiento. Dos décadas más tarde, el satélite reconstruido finalmente comienza a tomar datos.
Esta última propuesta lo evita. Las cosas que queremos analizar se pueden obtener utilizando una combinación de datos preexistentes de la encuesta digital del cielo Sloan y de las encuestas que se están llevando a cabo actualmente (como la misión Gaia ) o que están a punto de l levarse a cabo . No se requieren nuevos instrumentos o experimentos, solo muchos y muchos análisis de datos.
Como con la mayoría de los experimentos, esto no eliminará todas las teorías de la materia oscura que compiten, dejándonos con la única explicación verdadera. Sin embargo, reducirá considerablemente el campo y nos dará una mejor comprensión de cómo las estructuras del Universo encajan unas con otras. Y, si resulta que estos diminutos halos no existen, o son indetectables en cualquier caso, eso también nos dirá algo.
Physical Review Letters, 2018, DOI: 10.1103 / PhysRevLett.120.211101 . (Acerca de los DOI).
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