¿De qué está hecho el universo? No se preocupe si no tiene idea, los astrónomos tampoco. James Jee, de la Universidad Johns Hopkins, utilizó el telescopio espacial Hubble para crear un mapa detallado de las concentraciones de materia oscura alrededor de dos galaxias. Y los astrónomos acaban de obtener algunas pistas nuevas.
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Fraser Cain: Hemos escuchado bastante el término materia oscura. ¿Puede darnos la comprensión actual de lo que es la materia oscura?
Dr. James Jee: Antes de hablar sobre la materia oscura, debo mencionar lo que los astrónomos ahora creen cómo el Universo llegó a ser lo que es hoy. Creemos que el 30% del Universo es materia, y el otro 70% es energía oscura, y la materia oscura comprende más del 90% de la materia en el Universo. Nadie ha detectado materia oscura en los laboratorios, por lo que no conocen su forma, color u olor, pero hay evidencia de que está allí. Podemos detectarlo mediante la llamada lente gravitacional.
Fraser: Así que recientemente realizó una encuesta usando el telescopio espacial Hubble para mapear la concentración de materia oscura. ¿Cuál fue el proceso para hacer eso?
Dr. Jee: La materia oscura comprende, como dije, el 90% de la materia en el Universo, y el mejor lugar para buscarla es donde más abunda. Entonces señalamos el Telescopio Espacial Hubble a dos de los cúmulos de galaxias más interesantes que se formaron cuando el Universo tenía la mitad de su edad actual.
Fraser: ¿Y qué viste?
Dr. Jee: Examinamos la distribución espectral de las galaxias de fondo. Al examinar la distorsión de esas galaxias de fondo, pudimos determinar la densidad de la materia oscura en primer plano.
Fraser: Déjame ver si entiendo esto correctamente. Estabas mirando galaxias distantes, y al ver la forma en que la luz cambiaba a medida que se acercaba a nosotros, pudiste detectar dónde había grupos ocultos de materia que la afectaban gravitacionalmente.
Dr. Jee: Exactamente. Quizás esta sea una buena analogía. Supongamos que está leyendo un artículo de noticias usando una lupa, puede inferir el poder o el grosor de las lentes al examinar cuánto se ven las letras más grandes a través de la lupa. Del mismo modo, si observa la distorsión, o el aumento, de las galaxias de fondo, puede determinar la densidad de la esquiva materia oscura en primer plano.
Fraser: Entonces, ¿cuál es la relación entre la materia oscura y las galaxias que podemos ver?
Dr. Jee: Es la materia dominante en el Universo y tiene gravedad. Sin materia oscura, es muy difícil formar galaxias con las estructuras a gran escala que vemos en el Universo de hoy. Definitivamente, la materia oscura ayuda a la formación de galaxias en la estructura a gran escala.
Fraser: ¿Es posible, entonces, que donde sea que la materia oscura se aglomere, allí es donde es probable que veamos galaxias?
Dr. Jee: Sí, eso es básicamente lo que hemos encontrado en nuestra investigación. La gente ha especulado que la materia oscura es partículas sin colisión y que la materia oscura y la materia normal deberían existir juntas. Pero nadie ha podido determinar esto muy claramente porque la materia oscura no emite ondas electromagnéticas. Lo que hemos encontrado usando el Hubble es que las galaxias luminosas se forman en las regiones más densas de esos halos de materia oscura.
Fraser: Si sabemos que este tipo de aglomeración está ocurriendo, los dos parecen ir de la mano, ¿esto le permite desechar las teorías existentes sobre cuál podría ser esta materia oscura?
Dr. Jee: Sí, esto nos da muchas pistas. La mayoría de la gente cree que la materia oscura no tiene colisión, pero algunos sugieren que pueden tener algunas propiedades de colisión como el gas hidrógeno. La forma en que la materia oscura se agrupa nos da pistas sobre qué es la materia oscura. Supongamos que la materia oscura tiene propiedades de colisión, como el átomo de hidrógeno, luego chocan entre sí con mucha frecuencia, y veremos una distribución muy suave de un halo de materia oscura. Pero hemos descubierto que estas estructuras son muy grumosas, como la masa de una galaxia misma. Eso indica que las partículas de materia oscura, si las hay, serán partículas sin colisión, como la mayoría de las teorías dicen en la astronomía de hoy.
Fraser: Oh, ya veo, entonces las partículas reales que podrían estar causando esta materia oscura son tan pequeñas o interactúan tan débilmente que ni siquiera se unen. Y si se unieran, verías una distribución más uniforme. Entonces, según los hallazgos que haya obtenido, ¿cuál sería la próxima etapa de su investigación?
Dr. Jee: El programa Advanced Camera for Surveys abarca más de 15 cúmulos de galaxias que son muy, muy interesantes. Estos son solo los primeros dos resultados. Creemos que si completamos nuestros 15 cúmulos de galaxias para la encuesta, tendremos una imagen más clara de cómo interactúan la materia oscura y la materia normal, posiblemente por gravedad juntas. Y podemos tener una idea más clara de cómo la materia oscura contribuye a la formación de la estructura a gran escala del Universo.
Fraser: Y con base en la investigación que has hecho hasta ahora, ¿tienes una teoría favorita sobre cuál podría ser la materia oscura?
Dr. Jee: Bueno, si vas al sitio web de Astro-ph, ese es el sitio web en el que las personas suben sus diversos trabajos de investigación, y hay como 10 o 15 documentos al día. Y hay muchas especulaciones sobre esto que son muy atractivas y plausibles. Pero supongo que la naturaleza de la materia oscura puede ser respondida en 10 o 15 años a partir de ahora, pero aún estamos buscando. Nuestra investigación ofrece una resolución sin precedentes de la materia oscura que puede diferenciar entre partículas colisiónales y sin colisión.
Fraser: ¿Y hay otros instrumentos además del Hubble que puedan hacer este trabajo?
Dr. Jee: Podemos hacer la lente gravitacional usando los telescopios terrestres. De hecho, fue en 1990 que las personas detectaron por primera vez la materia oscura utilizando lentes gravitacionales. Pero cuando haces la lente gravitacional usando un telescopio terrestre, la resolución es muy pobre. En otras palabras, la turbulencia atmosférica manchará la lente gravitacional para que no podamos ver una imagen de muy alta calidad de la materia oscura. Pero si usamos el telescopio en el espacio, entonces no difumina la forma de la imagen de fondo, por lo que conserva la señal de lente gravitacional. Podemos llegar a una imagen de muy alta resolución de distribución de materia oscura.
Fraser: Y un instrumento más grande te daría una mejor imagen.
Dr. Jee: Definitivamente. El próximo telescopio es el JWST (James Webb Space Telescope) aumentará efectivamente la resolución de la importancia de la materia oscura en un factor de 10 o más.
Fraser ¿Crees que verías algo significativamente diferente con la resolución de 10x?
Dr. Jee: La forma global de la distribución de la materia oscura no cambiará mucho, pero en ese caso podremos comparar la estructura de la materia oscura con respecto a las galaxias. En ese caso, podemos responder si las partículas de materia oscura tienen algunas propiedades de colisión. Al principio, dije que lo que he encontrado es consistente con la hipótesis sin colisión. Pero ha habido algunas sugerencias de que las partículas de materia oscura pueden tener algunas propiedades de colisión muy pequeñas. Entonces podríamos determinar el desplazamiento entre la materia oscura y la materia de la galaxia. Eso le da muchas restricciones posibles en las secciones transversales de colisión entre partículas de materia normal y oscura.
Esta investigación fue reportada en la revista Space el 13 de diciembre de 2005.
