El telescopio espacial James Webb puede apuntar a galaxias pequeñas y brillantes para resaltar la materia oscura
Si el Telescopio Espacial James Webb (JWST) estudia galaxias pequeñas y brillantes en el universo primitivo, podría arrojar luz sobre la materia oscura, la materia más misteriosa del universo.
Esta es la conclusión a la que llegaron los científicos de la Universidad de California, que realizaron simulaciones del universo que rastrean la formación de galaxias jóvenes, a partir de mucho tiempo después del Big Bang. Esto parece haber subido la apuesta para JWST.
Las galaxias pequeñas, también conocidas como galaxias enanas, se encuentran dispersas por todo el universo y los científicos han sugerido que pueden representar algunas de las galaxias más antiguas que se formaron. Esto significa que las galaxias enanas a menudo se consideran clave para estudiar los orígenes y la evolución del universo.
Pero el problema es que estas galaxias no siempre coinciden con lo que los astrónomos esperan observar. Por ejemplo, algunos de ellos giran más rápido de lo esperado y otros son menos densos de lo que indican las simulaciones. Aquí es donde entra en juego la materia oscura.
Los científicos creen que estas desconcertantes discrepancias podrían existir porque los investigadores no tuvieron en cuenta en sus simulaciones la mezcla de gas y materia oscura.
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Así, la nueva simulación del equipo tuvo en cuenta esas interacciones entre la materia oscura y el gas, y descubrió que las primeras galaxias creadas eran mucho más pequeñas y más brillantes que aquellas en simulaciones que ignoraban la interacción. Los científicos también vieron que las galaxias crecían más rápidamente de lo que habían observado otros equipos.
Por lo tanto, el equipo de UCLA cree que los astrónomos deberían comenzar a perseguir galaxias jóvenes y tempranas que sean más brillantes de lo esperado utilizando el Telescopio Espacial James Webb y otros telescopios. Si estas galaxias no aparecen, bueno, podría haber algún problema con nuestras teorías sobre la materia oscura.
En la oscuridad sobre la materia oscura
La materia oscura es un dolor de cabeza para los científicos porque no interactúa con la luz, lo que la hace efectivamente invisible para nosotros.
La materia que forma las estrellas, el gas, los planetas, nuestros cuerpos, el gato de tu vecindario y casi todo lo que ves a tu alrededor está formada por átomos formados por electrones, protones y neutrones. Se llaman bariones e interactúan con la luz. Así, los científicos se dieron cuenta de que la materia oscura debía estar compuesta de algo más, algo “no bariónico”.
Todo esto significa que, aunque la materia oscura representa aproximadamente el 85% de la masa del universo, los científicos no pueden detectarla directamente y no tienen una idea clara de en qué consiste.
Como la materia oscura tiene masa, interactúa con la gravedad. Esto significa que su existencia se puede inferir de cómo actúa esta gravedad. impacto Materia bariónica y, de hecho, luz.
De hecho, todo el concepto de materia oscura se postuló inicialmente porque las galaxias giran tan rápido que la influencia gravitacional de la materia bariónica por sí sola no puede evitar que se desvanezcan. Los científicos creen que es la influencia de la materia oscura invisible la que “pega” las galaxias por la gravedad.
Los científicos también suponen que la mayoría de las galaxias están rodeadas por vastos halos de materia oscura que se extienden mucho más allá del contenido visible de estrellas, gas y polvo. También creen que estos halos pueden haber sido una parte integral de la formación y evolución de las galaxias.
En el modelo de evolución global actualmente favorecido, el “modelo cosmológico estándar”, la influencia gravitacional de acumulaciones de materia oscura que existieron en el universo hace 13 mil millones de años logró atraer materia bariónica compuesta de…
Átomos viejos regulares.
Una vez que esta “materia ordinaria” se volvió lo suficientemente masiva, colapsó para dar origen a las primeras estrellas. Junto con la materia oscura, estas primeras estrellas atrajeron más materia bariónica, creando las galaxias que las rodeaban.
El modelo estándar presenta una forma de materia oscura llamada “materia oscura fría”, que recibe su nombre no porque sea fría sino porque se mueve más lento que la velocidad de la luz (la temperatura es una medida de la velocidad con la que se mueven las partículas). El ensamblaje de estrellas y galaxias en el modelo cosmológico estándar también sería lento si dependiera de materia oscura fría.
La materia bariónica en forma de gas hidrógeno y helio del Big Bang probablemente fluyó a través de acumulaciones de materia oscura de lento movimiento a velocidades supersónicas en esta etapa temprana de la historia del universo. Es decir, hasta que la materia finalmente se atasca y luego se agrupa para formar galaxias.
“De hecho, en los modelos que no tienen en cuenta la transmisión, esto es exactamente lo que sucede”, dijo Claire Williams, miembro del equipo y estudiante de doctorado en la Universidad de California, Los Ángeles. Dijo en un comunicado. “Atraído por la gravedad de la materia oscura, el gas forma grupos y nudos tan densos que puede producirse la fusión del hidrógeno, formando así estrellas como nuestro Sol”.
Como parte del acertadamente llamado “Proyecto Supersónico”, Williams y sus colegas descubrieron que cuando se tenía en cuenta en sus simulaciones el llamado efecto de flujo entre la materia oscura y la materia regular, el gas caía lejos de la materia oscura y las galaxias en crecimiento. Esto impidió la formación inmediata de estrellas.
Después de millones de años, el gas finalmente regresó a las galaxias, desencadenando una intensa ola de formación estelar llamada “estallido estelar”, creando galaxias que contienen muchas más estrellas jóvenes y calientes que las galaxias pequeñas ordinarias. Durante un tiempo, se supuso que estas galaxias con formación estelar serían más brillantes que otras galaxias.
“Si bien el flujo suprimió la formación de estrellas en las galaxias más pequeñas, también impulsó la formación de estrellas en las galaxias enanas, haciendo que superaran a las zonas sin flujo en el universo”, explicó Williams. “Esperamos que JWST pueda encontrar regiones en el universo donde las galaxias serán más brillantes y se acumularán a tal velocidad.
“El hecho de que sea tan brillante puede facilitar que un telescopio detecte estas pequeñas galaxias, que normalmente serían muy difíciles de detectar sólo 375 millones de años después del Big Bang”.
El hecho de que la materia oscura sea efectivamente invisible significa que estas pequeñas y brillantes galaxias del universo primitivo serían un buen sustituto para probar el concepto de materia oscura fría. No descubrirlo puede significar que los científicos tengan que recurrir a otras teorías.
“La detección de parches de galaxias pequeñas y brillantes en el universo temprano confirmará 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 Smadar. “Si la materia oscura no se comportara como la materia oscura fría estándar y no existiera el efecto de flujo, no se encontrarían estas brillantes galaxias enanas”, afirmó Naoz, líder del equipo supersónico y profesor de Física y Ciencias de Astronomía de la UCLA. , y tendríamos que volver a la mesa de dibujo”.
La investigación del equipo se publica en Cartas de diarios astrofísicos,
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