La curvatura del espacio-tiempo alrededor de una masa masiva ha proporcionado hasta ahora la medida más detallada de la distribución cósmica de la materia oscura.
Con la ayuda de lentes gravitacionales, un equipo dirigido por el cosmólogo Kaiki Taro Inoue de la Universidad Kintai en Japón ha mapeado un misterioso patrón de materia, el más pequeño que jamás hayamos visto, con una resolución de sólo 30.000 años luz.
Puede parecer algo grandioso, pero si consideramos la Vía Láctea 100.000 años luz de diámetro, lo cual es muy interesante. Los investigadores han podido mapear algo que no podemos ver a lo largo de más de 7.500 millones de años luz, menos de un tercio del tamaño de nuestra propia galaxia. Es asombroso.
El análisis se basó en la alineación casual de objetos cósmicos conocida como lentes gravitacionales. El espacio-tiempo se curva alrededor de cuerpos enormes, que recuerdan cómo un trampolín se desliza debajo de tu cuerpo cuando te sientas. Si haces rodar canicas sobre la alfombra de un trampolín, no viajan en línea recta, sino que se curvan a medida que siguen una superficie redondeada.
Algo similar sucede con la luz que fluye a través del espacio cuando encuentra un espacio-tiempo curvo alrededor de un objeto masivo como una galaxia o un cúmulo de galaxias. Por lo tanto, si hay una galaxia distante detrás de uno de estos objetos, la luz de la galaxia más distante se distorsionará y amplificará a medida que viaja a través del espacio-tiempo curvo.
Una gran razón para esto es que los científicos pueden estudiar esas galaxias distantes con mucho mayor detalle que sin una lente. Pero la forma en que se refracta y difumina la luz también puede presentar difusión gravitacional en la lente frontal.
Esta es una excelente manera de descubrir dónde se esconde la materia oscura. No sabemos qué es la materia oscura; No emite luz, por lo que no podemos detectarlo directamente. Lo que sí sabemos es que hay una masa invisible en el universo que crea un exceso de gravedad. Podemos detectar los efectos de esa fuerza gravitacional, descubriendo así dónde se esconde la masa.
Todavía no nos dice qué es la materia oscura, pero comprobar dónde está puede ayudarnos a comprender cómo funciona. Para las lentes gravitacionales, si restas toda la materia normal (es decir, las galaxias) de la distribución de masa decodificada a partir de la luz distorsionada de la materia de fondo, lo que queda es materia oscura.
Esto es lo que han hecho Inoue y sus colegas con una galaxia con lentes gravitacionales llamada MG J0414+0534, cuya luz tarda 11.300 millones de años en llegar hasta nosotros. Sentado un poco más cerca, la lente frontal del Galaxy ha distorsionado esa luz y la ha dividido en cuatro imágenes.
Las posiciones de estas imágenes divididas no se explican completamente por los efectos de lente de las regiones visibles en la galaxia en primer plano. Entonces, utilizando el poderoso Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array y una nueva técnica de análisis, los investigadores restaron los efectos de las regiones visibles de la galaxia lente en la luz refractada de MG J0414+0534 para obtener un mapa más granular de la materia oscura de la lente. .
El diagrama resultante apoya la teoría de que hay muchos cúmulos de materia oscura dentro de las galaxias, así como en el espacio interestelar, como predice la teoría de la materia oscura fría. Esto confirma por primera vez que esta teoría es consistente a escalas más pequeñas que las galaxias.
Los investigadores dicen que esto proporciona una nueva y poderosa herramienta para ayudar en la búsqueda de comprender la materia oscura. La incapacidad de resolver su distribución en escalas más pequeñas que las galaxias obstaculiza los intentos de limitar sus propiedades. Poder hacerlo ayudará a los científicos a reducir las opciones para la identidad de la masa misteriosa y omnipresente.
Publicado en la tesis. La revista astrofísica.
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