La investigación de la Universidad de Pensilvania podría arrojar luz sobre la distribución de una de las sustancias más misteriosas del universo.
En la década de 1970, los científicos notaron algo extraño sobre el movimiento de las galaxias. Toda la materia en el borde de las galaxias espirales giraba tan rápido como el material en la parte interior de la galaxia. Pero de acuerdo con las leyes de la gravedad, los objetos enlas afueras deberían moverse más despacio
La explicación: una forma de materia llamada materia oscura que no interactúa directamente con la luz.
Muchos científicos ahora creen que más del 80 por ciento de la materia del universo está encerrada en misteriosas partículas de materia oscura aún no detectadas, que afectan todo, desde cómo se mueven los objetos dentro de una galaxia hasta cómo las galaxias y los cúmulos de galaxias se agrupanen primer lugar.
Esta materia oscura se extiende mucho más allá del alcance de las estrellas más lejanas de la galaxia, formando lo que los científicos llaman un halo de materia oscura. Mientras que las estrellas dentro de la galaxia giran en un disco ordenado y ordenado, estas partículas de materia oscura son como un enjambre deabejas, moviéndose caóticamente en direcciones aleatorias, lo que las mantiene hinchadas para equilibrar el tirón interno de la gravedad.
Bhuvnesh Jain, profesor de física en la Escuela de Artes y Ciencias de Penn, y el postdoc Eric Baxter están llevando a cabo investigaciones que podrían dar nuevas ideas sobre la estructura de estos halos.
Los investigadores querían investigar si estos halos de materia oscura tienen un borde o límite.
"La gente generalmente ha imaginado una transición bastante suave de la materia unida a la galaxia a la materia entre galaxias, que también es atraída gravitacionalmente a las galaxias y los cúmulos", dijo Jain. "Pero en teoría, usando simulaciones por computadora hace unos años, investigadores de la Universidad de Chicago demostraron que para los cúmulos de galaxias se espera un límite agudo, proporcionando una transición distinta que deberíamos poder ver a través de un análisis cuidadoso de los datos ".
Los científicos creen que esta región, o "borde", se debe al "efecto splashback".
"Tienes este gran halo de materia oscura sentado allí", dijo Baxter, "y ha ido acumulando materia gravitacionalmente a lo largo de toda su historia. A medida que esa materia es arrastrada, se vuelve más y más rápida. Cuando finalmente cae en el halo,se da vuelta y comienza a orbitar. Ese cambio es lo que la gente ha comenzado a llamar splashback, porque las cosas están salpicando en algún sentido ".
A medida que la materia "salpica", se ralentiza. Debido a que este efecto está ocurriendo en muchas direcciones diferentes, conduce a una acumulación de materia justo en el borde del halo y una fuerte caída en la cantidad de materia correctafuera de esa posición. Esto es lo que los investigadores de Penn exploraron en los datos.
Utilizando una encuesta de galaxias llamada Sloan Digital Sky Survey, o SDSS, Baxter y Jain observaron la distribución de galaxias alrededor de los cúmulos. Formaron un equipo de expertos en la Universidad de Chicago y otras instituciones de todo el mundo para examinar miles de galaxias.Clústeres: utilizando herramientas estadísticas para hacer un análisis conjunto de varios millones de galaxias a su alrededor, encontraron una caída en el borde del cúmulo. Baxter y su colaborador Chihway Chang en la Universidad de Chicago encabezaron un artículo que informaba sobre los hallazgos, aceptado para su publicación en el Revista astrofísica .
Además de ver este borde cuando observaron la distribución de galaxias, los investigadores también vieron evidencia de ello en forma de colores de galaxias.
Cuando una galaxia está llena de gas y forma muchas estrellas grandes y calientes, el calor hace que parezca azul cuando los científicos toman imágenes de ella.
"Pero esas grandes estrellas viven vidas muy cortas", dijo Baxter. "Estallan. Lo que te queda son estas estrellas más pequeñas y viejas que viven durante largos períodos de tiempo, y esas son rojas".
Cuando los científicos miran las galaxias dentro de los cúmulos, aparecen rojas porque no están formando estrellas.
"Estudios previos han demostrado que hay interacciones dentro del cúmulo que pueden hacer que las galaxias dejen de formar estrellas", dijo Baxter. "Se podría imaginar, por ejemplo, que una galaxia cae en un cúmulo y el gas de la galaxia se despoja".fuera por gas dentro del cúmulo. Después de perder su gas, la galaxia no podrá formar muchas estrellas ".
Debido a esto, los científicos esperan que las galaxias que han pasado más tiempo orbitando a través de un cúmulo aparezcan rojas, mientras que las galaxias que recién comienzan a caerse aparecerán azules.
Los investigadores notaron un cambio repentino en los colores de las galaxias justo en el límite, proporcionándoles más evidencia de que los halos de materia oscura tienen un borde.
"Fue realmente interesante y sorprendente ver este cambio brusco de colores", dijo Jain, "porque el cambio de colores de galaxias es un proceso muy lento y complejo".
Los investigadores están trabajando en otro documento utilizando una encuesta más profunda de más de cien millones de galaxias llamada Encuesta de Energía Oscura, o DES.
Tanto el SDSS como el DES hacen mapas masivos del cielo usando una cámara enorme que Jain dijo que no es fundamentalmente diferente de las cámaras de los teléfonos inteligentes, pero es más grande y más precisa y cuesta construir millones de dólares.
En el DES, cuando la cámara se abre, toma una exposición de un par de minutos y luego se mueve a una parte diferente del cielo. Este proceso se repite durante el transcurso de varios años usando diferentes filtros para permitir que los científicos obtenganencuesta en múltiples colores.
El DES permite a los investigadores realizar mediciones ampliadas, empujando a distancias más altas.
En lugar de medir la distribución de galaxias, los investigadores están utilizando un fenómeno astrofísico llamado lente gravitacional para sondear los halos de materia oscura. En la lente gravitacional, la luz que llega a un observador se dobla cuando la materia ejerce una fuerza gravitacional sobre ella.
Los investigadores pueden analizar imágenes del cielo para ver cómo los cúmulos estiran las imágenes de las galaxias detrás de ellos.
"La luz se doblará si hay masa", dijo Baxter. "Al medir estas desviaciones podemos medir directamente la masa que está fría porque la mayor parte de la masa es materia oscura que no podemos ver, por lo que es algo únicomanera de sondear la materia oscura "
En términos de comprensión fundamental del universo, dijo Baxter, la materia oscura es uno de los mayores misterios que hay en este momento.
"Miras al cielo, incluso con los telescopios ópticos más grandes, y no ves nada más allá de la luz de las galaxias", dijo Jain. "Solo existe esta materia oscura".
Los investigadores esperan que su investigación contribuya a una mejor comprensión de la sustancia misteriosa que constituye aproximadamente el 80 por ciento de la materia en el universo. Si pueden marcar el borde de un halo de materia oscura, les permitiría probar cosas comoLa teoría de la gravedad de Einstein y la naturaleza de la materia oscura.
"Es solo una nueva forma de ver los cúmulos", dijo Jain. "Una vez que encuentre el límite, puede estudiar tanto la física estándar de cómo las galaxias interactúan con el cúmulo como la posible física desconocida de la naturaleza de la materia oscura yla gravedad es "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Pennsylvania . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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