31 de enero de 2024
(Noticias de Nanowerk) Durante el último año y medio, el Telescopio Espacial James Webb ha proporcionado imágenes asombrosas de galaxias distantes formadas poco después del Big Bang, brindando a los científicos sus primeros vislumbres del universo naciente. Ahora, un grupo de astrofísicos ha subido la apuesta: encuentre las galaxias más pequeñas y brillantes cerca del comienzo del tiempo, o los científicos tendrán que repensar totalmente sus teorías sobre la materia oscura. El equipo, dirigido por astrofísicos de la UCLA, realizó simulaciones que rastrean la formación de pequeñas galaxias después del Big Bang e incluyeron, por primera vez, interacciones previamente ignoradas entre el gas y la materia oscura. Descubrieron que las galaxias creadas son muy pequeñas, mucho más brillantes y se forman más rápidamente que en las simulaciones típicas que no tienen en cuenta estas interacciones, sino que revelan galaxias mucho más débiles.
Se cree que las primeras galaxias se formaron cuando la atracción gravitacional de la materia oscura, que ha sido imposible de estudiar directamente, atrajo lentamente suficiente hidrógeno y helio para encender estrellas.
Pero una nueva investigación dirigida por astrofísicos de la UCLA muestra que después del Big Bang, el hidrógeno y el helio rebotaron a velocidades supersónicas en densos grupos de materia oscura fría que se movían lentamente. Cuando el gas volvió a caer, milenios después, se formaron estrellas todas a la vez, creando galaxias pequeñas y excepcionalmente brillantes.
Si los modelos de materia oscura fría son correctos, el Telescopio Espacial James Webb debería poder encontrar parches de galaxias brillantes en el universo primitivo, ofreciendo potencialmente la primera prueba eficaz para las teorías sobre la materia oscura. Si no es así, los científicos tendrán que volver a la mesa de dibujo con la materia oscura.
Una composición del Quinteto de Stephan, una agrupación visual de cinco galaxias, construida a partir de casi 1,000 archivos de imágenes separados del Telescopio Espacial James Webb. Los astrofísicos de la UCLA creen que si las teorías sobre la materia oscura fría son correctas, el telescopio Webb debería encontrar galaxias diminutas y brillantes del universo primitivo. (Imagen: NASA) Las galaxias pequeñas, también llamadas galaxias enanas, están presentes en todo el universo y, a menudo, se piensa que representan el tipo más antiguo de galaxia. Por ello, las galaxias pequeñas resultan especialmente interesantes para los científicos que estudian los orígenes del universo. Pero las pequeñas galaxias que encuentran no siempre coinciden con lo que creen que deberían encontrar. Los más cercanos a la Vía Láctea giran más rápido o no son tan densos como en las simulaciones, lo que indica que los modelos podrían haber omitido algo, como estas interacciones gas-materia oscura. La nueva investigación, publicada en Las cartas de la revista astrofísica ("El proyecto supersónico: iluminando el extremo tenue de la función de luminosidad UV del JWST"), mejora las simulaciones añadiendo interacciones de materia oscura con gas y descubre que estas galaxias débiles pueden haber sido mucho más brillantes de lo esperado en las primeras etapas de la historia del universo, cuando apenas comenzaban a formarse. Los autores sugieren que los científicos deberían intentar encontrar galaxias pequeñas que sean mucho más brillantes de lo esperado utilizando telescopios como el telescopio Webb. Si sólo encuentran los más débiles, entonces algunas de sus ideas sobre la materia oscura podrían estar equivocadas.
La materia oscura es un tipo de materia hipotética que no interactúa con el electromagnetismo ni con la luz. Por tanto, es imposible observar mediante óptica, electricidad o magnetismo. Pero la materia oscura interactúa con la gravedad, y su presencia se ha inferido de los efectos gravitacionales que tiene sobre la materia ordinaria, la materia que constituye todo el universo observable. Aunque se cree que el 84% de la materia del universo está compuesta de materia oscura, nunca se ha detectado directamente.
Todas las galaxias están rodeadas por un vasto halo de materia oscura y los científicos creen que la materia oscura fue esencial para su formación. El “modelo cosmológico estándar” que utilizan los astrofísicos para comprender la formación de galaxias describe cómo los grupos de materia oscura en el universo primitivo atrajeron materia ordinaria a través de la gravedad, provocando la formación de estrellas y creando las galaxias que vemos hoy. Debido a que se cree que la mayoría de las partículas de materia oscura (llamada materia oscura fría) se mueven mucho más lentamente que la velocidad de la luz, este proceso de acumulación habría ocurrido gradualmente.
Pero hace más de 13 mil millones de años, antes de la formación de las primeras galaxias, la materia ordinaria, compuesta de hidrógeno y helio gaseoso del Big Bang, y la materia oscura se movían entre sí. El gas fluyó a velocidades supersónicas a través de densos matorrales de materia oscura que se movía más lentamente y que deberían haberlo atraído para formar galaxias.
"De hecho, en los modelos que no tienen en cuenta la transmisión, esto es exactamente lo que sucede", dijo Claire Williams, estudiante de doctorado de UCLA y primera autora del artículo. "El gas es atraído por la atracción gravitacional de la materia oscura, forma grupos y nudos tan densos que puede ocurrir la fusión del hidrógeno y, por lo tanto, forma estrellas como nuestro sol". Pero Williams y los coautores del equipo del Proyecto Supersónico, un grupo de astrofísicos de Estados Unidos, Italia y Japón dirigidos por el profesor de física y astronomía de la UCLA, Smadar Naoz, descubrieron que si sumaban el efecto de flujo de diferentes velocidades entre la materia oscura y la ordinaria a Según las simulaciones, el gas aterrizó lejos de la materia oscura y se le impidió formar estrellas de inmediato. Cuando el gas acumulado volvió a caer en la galaxia millones de años después, se produjo de repente un estallido masivo de formación estelar. Debido a que estas galaxias tuvieron muchas más estrellas jóvenes, calientes y luminosas que las galaxias pequeñas ordinarias durante un tiempo, brillaron mucho más.
"Si bien la transmisión suprimió la formación de estrellas en las galaxias más pequeñas, también impulsó la formación de estrellas en las galaxias enanas, haciendo que eclipsaran las zonas del universo sin transmisión", dijo Williams. “Predecimos que el telescopio Webb podrá encontrar regiones del universo donde las galaxias serán más brillantes, intensificadas por esta velocidad. El hecho de que sean tan brillantes podría facilitar que el telescopio descubra estas pequeñas galaxias, que normalmente son extremadamente difíciles de detectar sólo 375 millones de años después del Big Bang”. Como la materia oscura es imposible de estudiar directamente, la búsqueda de manchas brillantes de galaxias en el universo primitivo podría ofrecer una prueba eficaz para las teorías sobre la materia oscura, que hasta ahora han sido infructuosas.
“El descubrimiento de parches de galaxias pequeñas y brillantes en el universo temprano confirmaría que estamos en el camino correcto con el modelo de materia oscura fría porque sólo la velocidad entre dos tipos de materia puede producir el tipo de galaxia que estamos buscando. ”, dijo Naoz, profesor de astrofísica Howard y Astrid Preston.
Puntos clave
Una composición del Quinteto de Stephan, una agrupación visual de cinco galaxias, construida a partir de casi 1,000 archivos de imágenes separados del Telescopio Espacial James Webb. Los astrofísicos de la UCLA creen que si las teorías sobre la materia oscura fría son correctas, el telescopio Webb debería encontrar galaxias diminutas y brillantes del universo primitivo. (Imagen: NASA) Las galaxias pequeñas, también llamadas galaxias enanas, están presentes en todo el universo y, a menudo, se piensa que representan el tipo más antiguo de galaxia. Por ello, las galaxias pequeñas resultan especialmente interesantes para los científicos que estudian los orígenes del universo. Pero las pequeñas galaxias que encuentran no siempre coinciden con lo que creen que deberían encontrar. Los más cercanos a la Vía Láctea giran más rápido o no son tan densos como en las simulaciones, lo que indica que los modelos podrían haber omitido algo, como estas interacciones gas-materia oscura. La nueva investigación, publicada en Las cartas de la revista astrofísica ("El proyecto supersónico: iluminando el extremo tenue de la función de luminosidad UV del JWST"), mejora las simulaciones añadiendo interacciones de materia oscura con gas y descubre que estas galaxias débiles pueden haber sido mucho más brillantes de lo esperado en las primeras etapas de la historia del universo, cuando apenas comenzaban a formarse. Los autores sugieren que los científicos deberían intentar encontrar galaxias pequeñas que sean mucho más brillantes de lo esperado utilizando telescopios como el telescopio Webb. Si sólo encuentran los más débiles, entonces algunas de sus ideas sobre la materia oscura podrían estar equivocadas.
La materia oscura es un tipo de materia hipotética que no interactúa con el electromagnetismo ni con la luz. Por tanto, es imposible observar mediante óptica, electricidad o magnetismo. Pero la materia oscura interactúa con la gravedad, y su presencia se ha inferido de los efectos gravitacionales que tiene sobre la materia ordinaria, la materia que constituye todo el universo observable. Aunque se cree que el 84% de la materia del universo está compuesta de materia oscura, nunca se ha detectado directamente.
Todas las galaxias están rodeadas por un vasto halo de materia oscura y los científicos creen que la materia oscura fue esencial para su formación. El “modelo cosmológico estándar” que utilizan los astrofísicos para comprender la formación de galaxias describe cómo los grupos de materia oscura en el universo primitivo atrajeron materia ordinaria a través de la gravedad, provocando la formación de estrellas y creando las galaxias que vemos hoy. Debido a que se cree que la mayoría de las partículas de materia oscura (llamada materia oscura fría) se mueven mucho más lentamente que la velocidad de la luz, este proceso de acumulación habría ocurrido gradualmente.
Pero hace más de 13 mil millones de años, antes de la formación de las primeras galaxias, la materia ordinaria, compuesta de hidrógeno y helio gaseoso del Big Bang, y la materia oscura se movían entre sí. El gas fluyó a velocidades supersónicas a través de densos matorrales de materia oscura que se movía más lentamente y que deberían haberlo atraído para formar galaxias.
"De hecho, en los modelos que no tienen en cuenta la transmisión, esto es exactamente lo que sucede", dijo Claire Williams, estudiante de doctorado de UCLA y primera autora del artículo. "El gas es atraído por la atracción gravitacional de la materia oscura, forma grupos y nudos tan densos que puede ocurrir la fusión del hidrógeno y, por lo tanto, forma estrellas como nuestro sol". Pero Williams y los coautores del equipo del Proyecto Supersónico, un grupo de astrofísicos de Estados Unidos, Italia y Japón dirigidos por el profesor de física y astronomía de la UCLA, Smadar Naoz, descubrieron que si sumaban el efecto de flujo de diferentes velocidades entre la materia oscura y la ordinaria a Según las simulaciones, el gas aterrizó lejos de la materia oscura y se le impidió formar estrellas de inmediato. Cuando el gas acumulado volvió a caer en la galaxia millones de años después, se produjo de repente un estallido masivo de formación estelar. Debido a que estas galaxias tuvieron muchas más estrellas jóvenes, calientes y luminosas que las galaxias pequeñas ordinarias durante un tiempo, brillaron mucho más.
"Si bien la transmisión suprimió la formación de estrellas en las galaxias más pequeñas, también impulsó la formación de estrellas en las galaxias enanas, haciendo que eclipsaran las zonas del universo sin transmisión", dijo Williams. “Predecimos que el telescopio Webb podrá encontrar regiones del universo donde las galaxias serán más brillantes, intensificadas por esta velocidad. El hecho de que sean tan brillantes podría facilitar que el telescopio descubra estas pequeñas galaxias, que normalmente son extremadamente difíciles de detectar sólo 375 millones de años después del Big Bang”. Como la materia oscura es imposible de estudiar directamente, la búsqueda de manchas brillantes de galaxias en el universo primitivo podría ofrecer una prueba eficaz para las teorías sobre la materia oscura, que hasta ahora han sido infructuosas.
“El descubrimiento de parches de galaxias pequeñas y brillantes en el universo temprano confirmaría que estamos en el camino correcto con el modelo de materia oscura fría porque sólo la velocidad entre dos tipos de materia puede producir el tipo de galaxia que estamos buscando. ”, dijo Naoz, profesor de astrofísica Howard y Astrid Preston.
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