NeoFronteras

La materia oscura del pasado

Área: Espacio — Sábado, 18 de Marzo de 2017

La distribución de materia oscura en los halos galácticos fue diferente en el pasado.

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Hay varias pruebas sobre la existencia de la materia oscura. La típica prueba es la de curva de rotación de las galaxias. La velocidad de las estrellas en una galaxia, que esté más o menos de canto respecto a nuestra visual, puede ser medida fácilmente por efecto Doppler.

Además, se puede ver la distribución de masa debido a la materia ordinaria. Esta daría unas velocidades que irían decreciendo conforme nos alejamos del centro de la galaxia. Sin embargo, lo que se mide es que estas velocidades no disminuyen en esa medida. De hecho, difiere mucho y casi permanece constante. La explicación es la presencia de materia oscura distribuida en forma de un halo que cambia el campo gravitatorio.

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Es aquí en donde nos podemos plantear una pregunta. Si la curva de rotación depende de cómo está distribuida la materia oscura podemos saber cómo ha evolucionado esta materia oscura sin más que observar galaxias lejanas. Cuando más lejos miremos más atrás en el tiempo nos remontaremos.

De este modo, se pueden analizar las curvas de rotación de galaxias situadas a 10.000 millones de años luz para saber cómo estaba distribuida la materia oscura hace 10.000 millones de años. Pues bien, esto es precisamente lo que se ha hecho recientemente, gracias el telescopio VLT de ESO, en una campaña dirigida por Reinhard Genzel (Instituto Max Planck).

Según los resultados obtenidos, la influencia de la materia oscura en el pasado era menor porque estaba menos concentrada. En estas galaxias la velocidad de rotación no es casi constante como pasa en las del presente que vemos en el universo local. En ellas las curvas de rotación de las galaxias presentan una caída abrupta porque las estrellas del borde orbitan mucho más lentamente que las del interior. Por tanto, había menos influencia de la materia oscura en las galaxias del pasado que en las de hoy en día y dan la sensación de que entonces estaban dominadas por materia visible normal.

Para llegar a esta conclusión apuntaron el VLT a seis galaxias lejanas que vemos tal y como eran hace 10.000 millones de años y usaron los espectrógrafos KMOS y SINFONI para obtener sus curvas de rotación. Además, compararon los datos obtenidos con las curvas de rotación de otras 97 galaxias y descarta así fluctuaciones estadísticas, al ser la muestra baja. Las seis galaxias se muestran en un momento en el que el Universo estaba en su máximo de formación de estrellas y galaxias.

Durante ese tiempo, el gas y la materia estaban mezclados, pero el gas fue capaz de desacoplarse de la materia oscura al perder su energía más rápidamente a través de su interacción con la materia visible (bariónica). Este gas formó el disco galáctico lo suficientemente rápido como para que las regiones centrales estuvieran dominadas por materia bariónica. Las altas tasas de acreción de gas fluyendo en las galaxias habría reforzado la presencia de un exceso de materia bariónica.

Pero todos estos efectos no pueden explicar lo medido en la curva de rotación de esas galaxias antiguas en formación, así que hay que recurrir además a una distribución de materia oscura que sea distinta a la actual. Por tanto, la distribución relativa de la materia normal y la materia oscura era significativamente diferente entonces a cómo es hoy en día.

Según la teoría de la materia oscura fría, serían precisamente los grumos de materia oscura los que harían de semillas gravitatorias de las galaxias. De hecho, los halos de materia oscura ayudaron en la formación de galaxias alimentando con gas de fuera a las galaxias según el Universo se expandía.

Como las galaxias de la época de la época de la que hablamos estaban en formación, sus halos de materia oscura también lo estarían y no habrían alcanzado todavía el estado de equilibrio en donde su campo gravitatorio afecta a la curva de rotación de la galaxia.

Este tipo de estudios podría entonces poner límites a las propiedades de la materia oscura, propiedades de las que sabemos muy poco. Haciendo este tipo de análisis a lo largo de distintas distancias, es decir, de distintos tiempos, se podría saber aún más.

Pero el nuevo resultado es, sobre todo, un gran varapalo para las teorías MOND, incluida la gravedad emergente de Verlinde. Estas ideas tratan de explicar lo que se observa a partir de la materia visible y de modificaciones de la gravedad. Pero este nuevo resultado, que sin duda se confirmará aún más conforme se tengan nuevos telescopios que estudien el espacio profundo, apunta a que están equivocadas, pues no pueden explicar a la vez las curvas de rotación actuales y las del pasado.

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Fuentes y referencias:
Artículo original.
Artículos originales.
Ilustración de cabecera: A partir de fotograma de animación en Wikipedia.
Gráfico: Wikipedia.

Salvo que se exprese lo contrario esta obra está bajo una licencia Creative Commons.
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21 Comentarios

  1. Tomás:

    Parece muy buena idea tomar diferentes distancias para ver si hay una gradación más o menos general; es decir, no centrarse solo en las más antiguas conocidas y las más cercanas. Si existiese una relación suficientemente uniforme, como subproducto, podría utilizarse para confirmar las distancias por este método -supongo-.

  2. NeoFronteras:

    Se han efectuado algunos pequeños cambios sobre la versión original de hace unas horas. Entre ellos una nueva imagen de cabecera y un vídeo.

  3. Dr. Thriller:

    Yo el varapalo lo veo general, además tengo una duda, porque no me aclaro: ¿un agujero negro se traga materia oscura o no? Yo siempre entendí que obviamente sí (definición RG).

  4. Tomás:

    También lo veo obvio, puesto que la manifestación principal de la materia oscura es a través de su gravedad. Así que cuanto más materia oscura trague, más negro será el agujero.¡Jo!

  5. NeoFronteras:

    Un agujero puede tragar materia oscura. Incluso se especuló sobre si la materia oscura eran agujeros negros, algo ya descartado.

  6. Dr. Thriller:

    Es que la proporción de materia oscura (el nombrecito hasta parece gótico del XIX o peor aún, medieval retroplatónico) a bariónica es de 4:1 o por ahí, en consecuencia los AN deben tragar mucha más MO que MB, de hecho debería ser más fácil de tragar dada la carencia de interacción con la radiación EM. Entonces yo ya no entiendo nada, que debe ser la finalidad última de la cosmología, así ya la volvemos a poner en el sitio que siempre le tuvimos reservado.
    Por no decir que no entiendo bien cómo encaja esto en el modelo estándar, aunque ellos dicen que sí (aparte de no cuadrar con modelos alternativos). Ahora vendrá el circus Verlinde y continua el festival. Supongo que propondrán el Chi (ξ) charrón como partícula elemental de la MO.
    Que sigue sin aparecer, y me sorprendería mucho que apareciese.

  7. NeoFronteras:

    Los agujeros negros no son aspiradoras cósmicas. Sólo se tragan lo que va directo a ellos. Si el Sol se transformara en un AN la Tierra y el resto de los planetas seguirían orbitándolo de la misma manera.

    La ciencia funciona como funciona. Hasta ahora las pruebas apuntan a la materia oscura. Puede que no sepamos todo o puede que no sea así, pero si se quieren certezas entonces es mejor la religión.

  8. Dr. Thriller:

    Respecto a MB no, eso es sabido, incluso un AN que atravesase una nube de gas (de densidad casi vacío para un estándar de astro), saldría por el otro lado sin haber engordado de forma “gligible” y sin haber hecho destrozos espectaculares. Ahora, como la MO es fantasmal (no es palabra de mi cosecha), y no sabemos cómo se estorba mutuamente (eso dependerá de sus propiedades), a nivel aspiradora desde luego tampoco, pero que pueda absorber más MO que MB en proporción al mecanismo no es algo descabellado (obviamente, que caiga ella o el AN avance sobre ella, en el horizonte de sucesos). A fin de cuentas la MB cuando se comprime en el disco de acreción entran en juego las fuerzas EM, así que como poco habrá una pérdida no negligible de energía respecto a la materia destinada a ser absorbida, este efecto si no he entendido todo mal no se daría con la MO, de hecho entiendo que la MO entraría con eficiencia total, digamos así. Entonces para un volumen dado, la absorción sería más “limpia” en un caso que en otro, y eso debería transmitirse proporcionalmente al entorno.
    Y hombre, claro que queremos certezas. Obviamente científicas, las de baratillo las regalan y como que no (por algo las regalan). Ya se ha comentado por aquí muchas veces que quizá el mayor fastidio de morirse es no vivir lo suficiente para ver asentarse esas certezas. Es trabajo lento, muy lento. Creo que es lo único donde se cumple lo de Ars longa…
    Pero bueno, en realidad lo que molesta no es el ágora que hay montada, a fin de cuentas ésa es la forma (incluso es divertido), lo que molesta son ciertas actitudes de ciertas escuelas o quizá capillitas. Pero bueno, eso es también inevitable, así que rebuznar un poco tampoco creo que sea tan dañino.

  9. lluís:

    ¿poner límites a las propiedades de la materia oscura? ¿qué límites, si no se conocen propiedades?. Lo que sí se sabe es que hay tal cantidad de materia oscura,que no se puede pensar que esten hechas de las mismas partículas que la materia ordinaria, porqué si así fuera, por ejemplo, las predicciones sobre la abundancia de elementos ligeros ,como el Helio, producidos en el Big-Bang no estarían de acuerdo con las observaciones.

    No creo que sean los astrofísicos los que den la respuesta clave a la cuestión,o sea de qué está hecha la materia oscura, qué tipo de partícula ligera es esa materia que no absorbe ni emite, ni refleja la luz. Los neutrinos tienen unas características que recuerdan a la materia oscura, interactúan muy debilmente y son electricamente neutros. ¿Podría haber algún otro tipo de neutrino o algo similar todavía no descubierto que fuera la materia oscura?.

    Quizá alguna “superpartner” de la supersimetríapodría ser esa materia oscura, pero por desgracia, hasta ahora, en el LHC no aparece nada de nada. A pesar de ello, los hay que todavía no han perdido las esperanzas. Dicen que aun se pueden alcanzar mayores energías de las actuales.

  10. NeoFronteras:

    Estimado Lluís:
    Sí, si se sabe cómo la materia oscura se comporta a escala global se pueden limitar sus propiedades. Por ejemplo, si es fría o caliente. Así por ejemplo, no puede estar compuesta por neutrinos ordinarios porque sería de tipo caliente y eso es incompatible con lo observado en Cosmología.
    Obviamente no se pueden saber todas sus propiedades de ese modo y por eso se intenta detectarla directamente. De momento sin éxito.

    En cuanto a las supercosas, entre ellas la supersimetría, el LHC nos está diciendo que no existen. Mi apuesta es que no va a aparecer ninguna partícula de esas.

    De todos modos, no me vale que se afirmase que se iban a detectar y luego, cuando no aparecen, decir que deben de estar en una gama de energía aún más superior. Eso, en ciencia, es hacer trampas. Ya puestos también podemos decir que hay una partícula en los mil trillones de TeV, algo que nunca será falsable.

  11. Javier:

    Igual digo tonterías pero, ¿no podría ser simplemente que fuesen algo así como “gravitones” sueltos? Suponiendo que existan, pero por suponer que no falte.
    Lo que quiero decir, es que si es un tipo de partícula que solo interacciona por medio de la gravedad, no sería tan raro que fuese lo único que observásemos. Por otro lado, al ser una fuerza tan débil, sería natural no detectarla en el acelerador de partículas, ya que sería necesario una gran cantidad para que fuera medible, supongo.

  12. NeoFronteras:

    Los gravitones, si existen, tienen que tener masa nula, de otro modo la gravedad no sería una fuerza de largo alcance. Y si no tienen masa no pueden ser la materia oscura.

  13. lluís:

    Pero si la materia oscura fuera caliente, ¿ no debería emitir luz?.¿ Es posible que emita en algún rango de frecuencia tan tan bajo del espectro electromagnético que no pudiera ser detectado con la tecnología actual?

  14. NeoFronteras:

    Que sea fría o caliente se refiere a la velocidad de esas partículas. A más calientes mayor velocidad y a mayor velocidad menor capacidad de agregarse bajo la gravedad. La emisión de luz depende de su interacción o acoplamiento con el campo electromagnético, que se supone que es muy escasa, así que no emite luz aún estando caliente, si es que lo está, porque se supone que es fría según los modelos y las medidas.

  15. lluís:

    Sí, de acuerdo con el comentario 14, pero alguna temperatura debe tener la materia oscura, por baja que sea.

  16. Tomás:

    ¡Ah, don Lluís. ya le estás suponiendo temperatura! No digo que sí ni que no, pero me pregunto: el cero absoluto, o sea el movimiento nulo, ¿es alguna temperatura?

  17. lluís:

    Amigo tomás, el cero absoluto es una entelequia. El cero absoluto, tal como lo veo yo, ni siquiera existe. La energía del punto cero permite cumplir con el Principio de Incertidumbre de Heisenberg, y en ese punto cero, según la mecánica cuántica debe de existir una energía residual que no es cero.

    Un fuerte abrazo, Tomás.

  18. Dr. Thriller:

    Buena observación, Tomás. El problema es que la temperatura no es una propiedad fundamental de los sistemas, sino una percepción nuestra que hemos logrado describirla físicamente. Es sabido que hay temperaturas Kelvin *negativas*, algo imposible de entender si uno sólo la interpreta como energía cinética promedio (de hecho un sistema con temperatura Kelvin negativa está más caliente que otro con temperatura positiva y el flujo térmico neto iría del negativo al positivo). Hay que considerar la relación entre energía y entropía.
    El objeto natural más próximo a 0K que se ha detectado es el gas de una nebulosa en expansión, a sólo 1K. En laboratorio (en el LHC mismo) se consiguen temperaturas muy por debajo de eso. Y no se puede alcanzar el 0 K.

  19. Eduardo Rincón López:

    25-03-2017
    Eduardo Rincón López
    Leyendo el articulo y los comentarios, me surge una duda, probablemente “tonta, o infantil”
    Espero que si alguien ya la ha pensado y resuelto me ayude con su explicación.
    Entiendo que, por la posición que, nuestro Sistema Solar se encuentra en nuestra galaxia, estamos inmersos justamente en la zona donde estaría la mayor concentración de la supuesta MO en esta. Entonces…. ¿Por qué no se manifiestan sus mismos efectos, por lo menos en los planetas que componen el Sistema Solar? Es obvio que estos la ignoran y su movimiento, está bastante de acuerdo con las leyes de gravitación de Newton, y de movimiento de Kepler.
    Mi lógica me induce a pensar que, si la MO influye sobre velocidad de rotación de las estrellas de nuestra galaxia, de la misma forma debería influir sobre los planetas del Sistema Solar. Entonces la curva de velocidad de Este debería ser parecida con la de la galaxia. O sea la velocidad orbital de rotación de todos los planetas del Sistema Solar debería ser idéntica o casi.
    Saludos

  20. NeoFronteras:

    La materia oscura influye sobre los planetas del Sistema de la misma manera que las demás estrellas de la galaxia: muy escasamente. El Sistema Solar es simplemente muy pequeño y las otras masas que pueden ejercer gravedad están lejos (gentileza del inverso del cuadrado de la distancia).

  21. Tomás:

    Sí, amigo Lluís, ya conocía eso, pero supongo que ha de darse en el universo, y, puesto que este se expande ha de hacerlo hacia una nada no ocupada y allí es donde supongo que la nada lo será de verdad, es decir vacío absoluto sin energía residual alguna, puesto que aún no ha sido invadida por el Big Bang. Y, como dice Dr. Thriller, la temperatura, como los colores -y para mí, el tiempo- solo son interpretaciones humanas de algo más fundamental.
    Un fuerte abrazo, no a 0 K, que nos quedaríamos tiesos.

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