Acorralan a la materia oscura desde distintos flancos

El Universo observable es solo una pequeña parte del cosmos, pues se calcula que alrededor de un 85% de este no se puede ni ver ni medir. En ese porcentaje habría una “sustancia” desconocida –la materia oscura – y una energía oscura, presente en todo el espacio.

Ambas cosas han sido inferidas por los astrónomos, no porque estén al alcance de los medios tecnológicos con que se estudia el espacio, sino por sus efectos en los objetos visibles de este: la energía oscura está produciendo una presión que tiende a acelerar la expansión del Universo ; y la materia oscura tiene un efecto gravitacional sobre los sistemas y objetos celestes que sí vemos: galaxias, estrellas, planetas… Por ejemplo, se cree que las galaxias existen dentro de cúmulos de materia oscura cuyo efecto vinculante (gravedad) es lo que hace que no se disgreguen al girar.  

Dada la inmensa presencia de materia y energía oscura en el cosmos, no es de extrañar que los especialistas se devanen los sesos por entender qué son ambas. Dos recientes estudios y un nuevo mapa arrojan luz sobre el tema, más específicamente, sobre la naturaleza de la materia oscura.

La materia oscura interactúa poco consigo misma

A finales del pasado mes de marzo, una investigación astronómica realizada con el Telescopio espacial Hubble de la NASA y la Agencia Espacial Europea (ESA) sobre 72 colisiones de agrupaciones galácticas reveló que la materia oscura de estas continuaba su camino sin reducir su velocidad, tras dichas colisiones.

Esto implicaría lo siguiente: que las partículas de esta elusiva materia interactúan menos con otras partículas de materia oscura de lo que se pensaba; y eso a pesar de que la teoría imperante es que la materia oscura se distribuye uniformemente por los cúmulos galácticos, así que a menudo sus partículas permanecen muy cerca las unas de las otras.

Los científicos estudiaron el fenómeno de las colisiones galácticas porque estas ocurren naturalmente e implican a la materia oscura; y porque en ellas existe una cantidad de materia oscura suficiente como para que sus efectos sean observables. Un estudio previo de la NASA, de 2006, ya había arrojado un resultado similar al alcanzado por ellos.

Ubicada a partir de un desvío luminoso

Por otra parte, el Observatorio Europeo Austral (ESO) ha hecho públicos los resultados de un estudio en el que, por primera vez, podría haberse observado materia oscura sin considerar sus efectos gravitacionales.

En este caso, también se analizaron galaxias en colisión (cuatro, en el cúmulo de galaxias Abell 3827), tanto con el VLT (Very Large Telescope) de ESO como con Hubble. Con ambas herramientas, el equipo pudo determinar la ubicación de la materia oscura dentro del sistema.

Lo hicieron a partir del efecto distorsionador que ejerce la masa de dicha materia en la luz de una galaxia de fondo (este efecto fue captado gracias a una técnica llamada de lentes gravitacionales): cuando la colisión de las cuatro galaxias ocurrió frente a una quinta galaxia de fondo, la luz de esta última viajó a través de la materia oscura de la colisión, hasta la Tierra.

Su desvío permitió inferir datos sobre la materia oscura presente en la colisión. Nunca antes se había observado materia oscura interaccionando de alguna manera que no fuera a través de la fuerza de la gravedad, afirman los científicos.

Liliya Williams (Universidad de Minnesota), miembro del equipo de investigación, ha señalado sobre este hallazgo: «Sabemos que la materia oscura existe debido a la forma en que interactúa gravitacionalmente, ayudando a forjar el universo, pero aún sabemos muy poco acerca de lo que es en realidad la materia oscura. Nuestra observación sugiere que la materia oscura podría interactuar con otras fuerzas que no son la de gravedad, lo que significaría que podríamos descartar algunas teorías fundamentales acerca de qué podría ser la materia oscura».

Los astrónomos creen que los resultados de estas dos investigaciones pondrían, por primera vez, un límite al comportamiento de la materia oscura. Señalan que: «Por fin estamos “acorralando” a la materia oscura desde varios flancos, sacando el máximo partido a nuestro conocimiento desde dos direcciones.»

Un mapa nuevo desvela su distribución

Además de estos dos avances, ayer se hizo público el primer mapa de la materia oscura del universo de los que tiene previsto desarrollar el proyecto Dark Energy Survey (DES) u Observatorio de la Energía Oscura; una exploración de la dinámica de la expansión del universo y el crecimiento de su estructura a gran escala, en la que participan Estados Unidos, Brasil, Reino Unido, España (a través del Instituto de Física de Altas Energías, IFAE; del Instituto de Ciencias del Espacio, ICE, IEEC-CSIC; y del CIEMAT) y Suiza.  
 
Estos mapas, elaborados con una de las cámaras digitales más potentes del mundo, serán las mayores y más detalladas cartografías de la materia oscura que se han hecho hasta la fecha, y se espera permitan entender mejor el papel que desempeña la materia oscura en el proceso de formación de galaxias. Además, servirán para alcanzar el objetivo último del proyecto DES, que es el estudio de la naturaleza de la energía oscura.

Para elaborar el primero de los mapas, recién presentado, “se han medido distorsiones prácticamente imperceptibles en la forma de más de un millón de galaxias”, ha indicado Vinu Vikram (Argonne National Laboratory, Chicago), investigador principal del estudio, en un comunicado del IFAE de Barcelona que difunde Sinc.  

Este y el resto de mapas de materia oscura están y estarán basados en las observaciones de DES del 3% del área del cielo. A medida que se vaya extendiendo el área estudiada, los investigadores podrán ir comprobando las teorías cosmológicas actuales a base de comparar la distribución de materia visible con la de materia oscura.

Hasta ahora, los resultados obtenidos respaldan la teoría que indica que, como hay mucha más materia oscura que visible, las galaxias se formarían donde hay más concentración de materia oscura, y por tanto más fuerza de gravedad. 

Referencias bibliográficas:

David Harvey, Richard Massey, Thomas Kitching, Andy Taylor, Eric Tittley. The nongravitational interactions of dark matter in colliding galaxy clusters  Science (2015). DOI: 10.1126/science.1261381.
 
Richard Massey et al. The behaviour of dark matter associated with 4 bright cluster galaxies located in the 10 kpc core of Abell 3827. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (2015). DOI: 10.1093/mnras/stv467.