Dark Matter ha sido algo misterioso desde que se propuso por primera vez. Además de tratar de encontrar alguna evidencia directa de su existencia, los científicos también han pasado las últimas décadas desarrollando modelos teóricos para explicar cómo funciona. En los últimos años, la concepción popular ha sido que Dark Matter es "frío" y se distribuye en grupos en todo el Universo, una observación respaldada por los datos de la misión de Planck.
Sin embargo, un nuevo estudio producido por un equipo internacional de investigadores pinta una imagen diferente. Utilizando datos de la Encuesta de Grados de Kilo (KiDS), estos investigadores estudiaron cómo la luz proveniente de millones de galaxias distantes se vio afectada por la influencia gravitacional de la materia en las escalas más grandes. Lo que encontraron fue que Dark Matter parece distribuirse más suavemente en el espacio de lo que se pensaba.
Durante los últimos cinco años, la encuesta KiDS ha estado utilizando el VLT Survey Telescope (VST), el telescopio más grande del Observatorio Paranal La Silla de ESO en Chile, para examinar 1500 grados cuadrados del cielo nocturno del sur. Este volumen de espacio se ha monitoreado en cuatro bandas (UV, IR, verde y rojo) usando lentes gravitacionales débiles y mediciones fotométricas de desplazamiento al rojo.
De acuerdo con la Teoría de la relatividad general de Einstein, la lente gravitacional implica estudiar cómo el campo gravitacional de un objeto masivo doblará la luz. Mientras tanto, el desplazamiento hacia el rojo intenta medir la velocidad a la que otras galaxias se alejan de la nuestra midiendo la medida en que su luz se desplaza hacia el extremo rojo del espectro (es decir, su longitud de onda se hace más larga cuanto más rápido se aleja la fuente).
La lente gravitacional es especialmente útil cuando se trata de determinar cómo surgió el Universo. Nuestro modelo cosmológico actual, conocido como el modelo Lambda Cold Dark Matter (Lambda CDM), afirma que Dark Energy es responsable de la aceleración tardía en la expansión del Universo, y que Dark Matter está compuesto de partículas masivas que son responsables para la formación de estructuras cosmológicas.
Utilizando una ligera variación en esta técnica conocida como pura cósmica, el equipo de investigación estudió la luz de galaxias distantes para determinar cómo se deforma por la presencia de las estructuras más grandes en el Universo (como supercúmulos y filamentos). Como el Dr. Hendrik Hildebrandt, astrónomo del Instituto de Astronomía Argelander (AIfA) y autor principal del artículo, le dijo a Space Magazine por correo electrónico:
“Por lo general, uno piensa en una gran masa como un cúmulo de galaxias que causa esta desviación de la luz. Pero también hay materia en todo el Universo. La luz de las galaxias distantes se desvía continuamente por esta llamada estructura a gran escala. Esto da como resultado que las galaxias que están cerca del cielo estén "apuntando" en la misma dirección. Es un efecto minúsculo, pero se puede medir con métodos estadísticos de grandes muestras de galaxias. Cuando hemos medido qué tan fuertemente las galaxias están "apuntando" en la misma dirección, podemos inferir de esto las propiedades estadísticas de la estructura a gran escala, p. Ej. la densidad media de la materia y con qué fuerza se agrupa / agrupa la materia ".
Con esta técnica, el equipo de investigación realizó un análisis de 450 grados cuadrados de datos KiDS, que corresponde a aproximadamente el 1% de todo el cielo. Dentro de este volumen de espacio, observaron cómo la luz proveniente de unos 15 millones de galaxias interactuaba con toda la materia que se encuentra entre ellas y la Tierra.
Al combinar las imágenes extremadamente nítidas obtenidas por VST con un software informático avanzado, el equipo pudo llevar a cabo una de las mediciones más precisas jamás hechas de cizallamiento cósmico. Curiosamente, los resultados no fueron consistentes con los producidos por la misión Planck de la ESA, que ha sido el mapeador más completo del Universo hasta la fecha.
La misión de Planck ha proporcionado información maravillosamente detallada y precisa sobre el Fondo Cósmico de Microondas (CMB). Esto ha ayudado a los astrónomos a mapear el Universo temprano, así como a desarrollar teorías sobre cómo se distribuyó la materia durante este período. Como Hildebrandt explicó:
“Planck mide muchos parámetros cosmológicos con una precisión exquisita a partir de las fluctuaciones de temperatura del fondo cósmico de microondas, es decir, procesos físicos que ocurrieron 400,000 años después del Big Bang. Dos de esos parámetros son la densidad de materia media del Universo y una medida de cuán fuertemente está agrupada esta materia. Con la cizalladura cósmica, también medimos estos dos parámetros, pero tiempos cósmicos mucho más tardíos (hace unos miles de millones de años o ~ 10 mil millones de años después del Big Bang), es decir, en nuestro pasado más reciente ".
Sin embargo, Hildebrandt y su equipo encontraron valores para estos parámetros que fueron significativamente más bajos que los encontrados por Planck. Básicamente, sus resultados de corte cósmico sugieren que hay menos materia en el Universo y que está menos agrupada de lo que predijeron los resultados de Planck. Es probable que estos resultados tengan un impacto en los estudios cosmológicos y la física teórica en los próximos años.
Tal como está, Dark Matter permanece indetectable usando métodos estándar. Al igual que los agujeros negros, su existencia solo puede inferirse de los efectos gravitacionales observables que tiene sobre la materia visible. En este caso, su presencia y naturaleza fundamental se miden por cómo ha afectado la evolución del Universo en los últimos 13.800 millones de años. Pero dado que los resultados parecen ser contradictorios, los astrónomos ahora pueden tener que reconsiderar algunas de sus nociones anteriores.
"Hay varias opciones: como no entendemos los ingredientes dominantes del Universo (materia oscura y energía oscura) podemos jugar con las propiedades de ambos", dijo Hildebrandt. "Por ejemplo, diferentes formas de energía oscura (más complejas que la posibilidad más simple, que es la" constante cosmológica de Einstein ") podrían explicar nuestras mediciones. Otra posibilidad emocionante es que esta es una señal de que las leyes de la gravedad en la escala del Universo son diferentes de la Relatividad General. ¡Todo lo que podemos decir por ahora es que algo parece no estar del todo bien!
