Webb puede probar directamente una teoría de la materia oscura

Webb puede probar directamente una teoría de la materia oscura

¿Qué pasa con las galaxias y la materia oscura? La mayoría, si no todas, las galaxias están rodeadas por halos de este material misterioso, desconocido pero ubicuo. Y también jugó un papel en la formación de galaxias. La naturaleza de esta función es algo que los astrónomos aún están comprendiendo. Hoy exploran el Universo naciente en busca de las galaxias más pequeñas y brillantes. Esto se debe a que podrían ayudar a contar la historia del papel de la materia oscura en la creación galáctica.

Un equipo internacional de astrónomos dirigido por Smadar Naoz de UCLA está realizando simulaciones de la formación temprana de galaxias. Sus programas informáticos rastrean las circunstancias de los nacimientos galácticos poco después del Big Bang. Estos modelos de computadora “recién salidos de la prensa” incluyen algunas características nuevas. Tienen en cuenta las interacciones hasta ahora desatendidas entre la materia oscura y la “sustancia” primordial del Universo. Serían gas hidrógeno y helio. El resultado de las simulaciones: galaxias diminutas y brillantes que se formaron más rápidamente que en los modelos informáticos que no incluían estos movimientos. Todo lo que les queda a los astrónomos es encontrarlos, utilizando JWST, para ver si sus teorías sobre la materia oscura se sostienen.

Interacciones de la materia oscura con la materia bariónica supersónica

¿Cuánta diferencia harían las interacciones entre la materia bariónica y la materia oscura? He aquí una historia probable: en el Universo temprano, las nubes de gas se movían a velocidades supersónicas a través de acumulaciones de materia oscura. Rebotó en la materia oscura. Finalmente, después de millones de años, la materia gaseosa se unió para formar estrellas en una explosión de nacimiento de estrellas. Las simulaciones del equipo rastrean la formación de estas galaxias justo después del Big Bang.

Un modelo compuesto de distribución de materia en el Universo (con superposición de materia oscura) en una simulación de formación de galaxias realizada por la colaboración TNG.

El equipo de Naoz cree que la existencia de estas galaxias más pequeñas, más brillantes y más distantes podría confirmar el modelo de la llamada «materia oscura fría». Esto sugiere que el Universo estaba en un estado denso y caliente que contenía sólo gas después del Big Bang. Con el tiempo, la distribución de las galaxias (y, en última instancia, de los cúmulos de galaxias) ha evolucionado. En el camino se formaron estrellas y galaxias, pero las primeras etapas probablemente dependan de la interacción gravitacional con la materia oscura. Si las interacciones supersónicas modeladas por el equipo de Naoz realmente ocurrieran, entonces el resultado serían estas pequeñas galaxias.

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Simulación de la formación de galaxias y la influencia de la materia oscura.

JWST ha visto algunas galaxias bastante antiguas durante su actividad. Aún no ha detectado los primeros. Sin embargo, las imágenes proporcionadas son pistas tentadoras sobre lo que podría existir en eras anteriores y podrían proporcionar información sobre el papel de la materia oscura. Por tanto, es lógico que los astrónomos quieran retroceder en el tiempo lo más posible. Y eso significa buscar puntos de luz brillantes que existieron unos cientos de millones de años después del Big Bang.

Concepción artística de las galaxias estrelladas en el universo primitivo.  Las estrellas y galaxias se muestran como puntos de luz blancos brillantes, mientras que la materia oscura y los gases más difusos se muestran como violetas y rojos.  Las primeras nubes de gas rebotaron en grupos de materia oscura, sólo para reagruparse bajo la gravedad de la materia oscura, desencadenando la formación de estrellas.  Crédito: Aaron M. Geller/Noroeste/CIERA + IT-RCDS
Concepción artística de las galaxias estrelladas en el universo primitivo. Las estrellas y las galaxias están representadas por puntos de luz blancos brillantes, mientras que la materia oscura y el gas están representados por violetas y rojos. Las primeras nubes de gas rebotaron en grupos de materia oscura, sólo para reagruparse bajo la gravedad de la materia oscura, desencadenando la formación de estrellas. Crédito: Aaron M. Geller/Noroeste/CIERA + IT-RCDS

«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». dicho. «Si la materia oscura no se comporta como la materia oscura fría estándar y no se produce el efecto de flujo, entonces no se encontrarán estas galaxias enanas brillantes y tendremos que volver a la mesa de dibujo».

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En un artículo escrito por Claire Williams, miembro del equipo y primera autora (publicado en Cartas de revistas astrofísicas), el equipo sugiere que los científicos que utilizan JWST comiencen a buscar galaxias que sean mucho más brillantes de lo esperado. Si existen, esto probablemente probará que las interacciones ocurrieron al comienzo del tiempo cósmico. Si no se puede encontrar ninguno, entonces quizás los científicos aún no comprendan las interacciones con la materia oscura. La gran pregunta a responder es: si existen, ¿cómo se formaron tan rápidamente y por qué son tan brillantes?

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Fluyendo a través de corredores de materia oscura

Examinemos esto observando el papel de la materia oscura. El modelo cosmológico estándar dice que la atracción gravitacional de los cúmulos de materia oscura en el Universo temprano atraía materia ordinaria. Con el tiempo, esto provocó la formación de estrellas, seguidas de galaxias. Se cree que la materia oscura se mueve más lentamente que la luz. Así, los astrónomos predijeron que los procesos de formación de estrellas y galaxias se producirían de forma muy gradual. Al menos eso es lo que sugieren las simulaciones anteriores.

¿Qué pasaría si algo más sucediera hace más de 13 mil millones de años? ¿Cómo cambiaría eso las cosas? Fue una época anterior a la formación de las primeras galaxias. Pero aquella era una época en la que la materia ordinaria, en forma de grandes sobredensidades de gas hidrógeno y helio, se movía a través del Universo en expansión. Rebotó en grupos de materia oscura que se movían más lentamente y excedió su atracción gravitacional, al menos por un tiempo. Luego, la materia bariónica se reagrupó nuevamente, bajo la influencia de la materia oscura. Fue entonces cuando comenzaron los fuegos artificiales del nacimiento de las estrellas.

Esta imagen muestra la galaxia EGSY8p7, una galaxia brillante del comienzo del Universo, donde es visible la emisión de luz, entre otras cosas, de átomos de hidrógeno excitados: emisión Lyman-alfa.  Los científicos están observando esta y otras galaxias jóvenes para comprender el papel que desempeña la materia oscura en la historia cósmica temprana.
Esta imagen muestra la galaxia EGSY8p7, una galaxia brillante del comienzo del Universo, donde es visible la emisión de luz, entre otras cosas, de átomos de hidrógeno excitados: emisión Lyman-alfa. Los científicos están observando esta y otras galaxias jóvenes para comprender el papel que desempeña la materia oscura en la historia cósmica temprana.

«Si bien el flujo suprimió la formación de estrellas en galaxias más pequeñas, también impulsó la formación de estrellas en galaxias enanas, provocando que eclipsaran áreas del universo sin flujo», dijo Williams. Básicamente, el gas acumulado comenzó a acumularse después de millones de años. Esto provocó una enorme explosión de formación estelar. Muchas estrellas jóvenes, masivas y calientes comenzaron a brillar, eclipsando a las estrellas de otras galaxias pequeñas. En última instancia, esto significa que, dado que la materia oscura es imposible de “ver”, estas áreas de galaxias muy brillantes podrían ser una evidencia indirecta de su existencia. Y demostrarían el papel que juega la materia oscura en la creación de galaxias.

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Encuentra esos puntos brillantes

Nadie ha visto todavía exactamente lo que buscan Naoz y su equipo. Una vez que lo hagan, será de gran ayuda para proporcionar información sobre el papel de la materia oscura fría. «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». dicho.

Por supuesto, JWST es un telescopio perfecto para ayudar a ver estas galaxias. Debería poder observar regiones del Universo donde las pequeñas galaxias nacientes son más brillantes de lo que los astrónomos esperan. Este brillo extremo ayudará al JWST a detectarlos, mostrándolos tal como eran en una época en la que el Universo tenía sólo unos pocos cientos de millones de años. Debido a que es imposible estudiar la materia oscura directamente, la búsqueda de estas áreas brillantes de galaxias jóvenes en el Universo temprano podría proporcionar una prueba eficaz para las teorías sobre la materia oscura y su papel en la formación de las galaxias tempranas.

Para más información

Las galaxias brillantes ponen a prueba la materia oscura
El Proyecto Supersónico: iluminando el extremo débil de la función de brillo UV del JWST

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