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Consiguen por primera vez detectar la materia escondida alrededor de las galaxias

NASA | ESA. / A. Gal-Yam (Weizmann Institute of Science)
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La teoría del Big Bang predecía la existencia en el universo de materia ‘perdida’ formada por bariones, unas partículas subatómicas como los protones y los neutrones, pero ahora investigadores del Centro de Estudios de Física del Cosmos de Aragón y otras instituciones internacionales la han encontrado. La detección se ha realizado sobre un catálogo de 200.000 galaxias gracias a los registros de la radiación de fondo cósmico de microondas tomados por el satélite Planck.

Utilizando las mejores medidas disponibles del fondo cósmico de microondas (CMB, por sus siglas en inglés) obtenidas con el satélite Planck, un equipo de investigadores, liderado por Carlos Hernández Monteagudo del Centro de Estudios de Física del Cosmos de Aragón (CEFCA, Teruel), ha conseguido detectar por primera vez grandes cantidades de materia bariónica ‘escondida’ alrededor de galaxias de tamaño medio en el universo local.

El estudio, publicado este mes en la revista Physical Review Letters, arroja nueva luz sobre el problema de la denominada materia bariónica ‘perdida’ y contribuye a la comprensión de la distribución de este tipo de materia en galaxias, grupos y cúmulos de galaxias, lo que constituye un ingrediente esencial para saber cómo se forman y evolucionan estas estructuras.

Los bariones son partículas formadas por tres quarks, como protones y neutrones, a diferencia de los mesones (compuestos por un quark y un antiquark). Junto con los electrones, constituyen los átomos del universo y de los cuales están hechos estrellas, planetas y seres vivos. Se conoce que, en la actualidad, alrededor del 90% de todos los bariones que se crearon en los primeros instantes del universo tras el Big Bang se encuentran en forma de gas difuso, ionizado y caliente, compuesto esencialmente por protones y electrones libres. Sin embargo, hasta ahora sólo la fracción más caliente de este gas había sido descubierta gracias a su emisión en rayos X.

Analizando las fluctuaciones de la luz del CMB en la dirección de 200.000 galaxias observadas en el cartografiado Sloan Digital Sky Survey, el equipo ha sido capaz de detectar nubes de gas ionizado que se extienden a distancias mucho mayores que la extensión típica de las estrellas que forman esas galaxias. Estas nubes se corresponden con los llamados bariones ‘perdidos’ o ‘escondidos’ alrededor de esos objetos, cuya distribución en el espacio es muy cercana a la distribución esperada de la materia oscura.

Ilustración de cómo se modifica el fondo cósmico de microondas (CMB) cuando los fotones atraviesan nubes de gas ionizado alrededor de galaxias. El color azul indica que su intensidad aumenta y el color rojo que disminuye. / Carlos Hernández Monteagudo/CEFCA

Ilustración de cómo se modifica el fondo cósmico de microondas (CMB) cuando los fotones atraviesan nubes de gas ionizado alrededor de galaxias. El color azul indica que su intensidad aumenta y el color rojo que disminuye. / Carlos Hernández Monteagudo/CEFCA

Empujón de los fotones

“Hemos descubierto que los fotones del fondo cósmico de microondas experimentan un ‘empujón’ cuando chocan con los electrones en movimiento de las nubes de gas ionizado. Esto da lugar a una pequeña fluctuación en la intensidad del CMB alrededor de esas galaxias que hemos podido detectar estadísticamente después de apilar las medidas del fondo cósmico en la dirección de cada una de las 200.000 galaxias”, explica el investigador Carlos Hernández Monteagudo del CEFCA.

La gran calidad de los datos de Planck ha permitido al equipo revelar la presencia de gas ionizado hasta una distancia entre 20 y 30 veces superior a la distancia típica entre la materia luminosa y el centro de la galaxia. “Dentro de esas distancias hemos encontrado tanto gas como la teoría predice que deberíamos encontrar”, concluye el científico.

En este trabajo, además del CEFCA, también han colaborado investigadores de otras instituciones españolas, como el Instituto de Física de Cantabria o el Instituto de Astrofísica de Canarias, y de otros países como Reino Unido, Alemania o Francia.

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