La materia oscura es ese invisible andamiaje que se cree que sostiene a las galaxias, y probablemente sea la sustancia más elusiva del universo. Porque tras casi un siglo de investigaciones no han logrado confirmar la detección directa, aunque los científicos aprendieron a observarla indirectamente. Ahora, un equipo utilizó esas observaciones para producir el mapa de la materia oscura en alta resolución más detallado que se haya logrado hasta ahora.
Los investigadores crearon el mapa que se publicó el lunes en Nature Astronomy midiendo cuidadosamente los más diminutos cambios en las formas de cientos de miles de galaxias que aparecen en las imágenes que captó el telescopio espacial James Webb. Pudieron así reconstruir las ubicaciones de la masa – incluyendo la materia oscura – y trazar el mapa de la invisible estructura del universo, según le dijo por e-mail a Gizmodo Diana Scognamiglio, autora principal e investigadora de postdoctorado del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA.
“No podemos ver la materia oscura directamente, así que trazamos el mapa observando cómo curva la luz”, explicó Scognamiglio. “Cuando la luz de galaxias muy distantes viaja hacia nosotros, la gravedad de la materia que hay en la trayectoria la distorsiona levemente”.
La materia oscura como nunca antes se “vio”
Los astrónomos creen que la materia común – partículas que interactúan con la luz y por ello son observables – constituye sólo una sexta parte de toda la materia que hay en el universo. El resto es materia oscura que no emite ni absorbe luz y que interactúa con el universo únicamente a través de la gravedad.
Según el modelo estándar de la cosmología, tiene que existir la materia oscura para que tengan sentido determinados efectos gravitacionales como la inesperadamente rápida rotación de las galaxias o el hecho de que se mantienen armadas más de lo que deberían. La mejor forma que tienen los científicos de “ver” indirectamente la materia oscura es midiendo sus efectos gravitacionales.
Scognamiglio y sus colegas utilizaron débiles lentes gravitacionales – sutiles distorsiones de luz de galaxias distantes, causadas por la gravedad de la masa que va encontrando – para hacer exactamente lo que acabamos de explicar.
Las imágenes en alta resolución del telescopio espacial James Webb, del estudio COSMOS-Web, le permitieron al equipo medir las formas de 129 galaxias por minuto de arco al cuadrado, y reconstruir así un mapa de la materia con una resolución angular de cerca de 1 minuto de arco, más de dos veces la resolución de los anteriores mapas del telescopio espacial Hubble.
“El James Webb nos brinda imágenes mucho más nítidas y nos permite ver galaxias más distantes y débiles, en comparación con otros telescopios como el Hubble”, explicó Scognamiglio. “Eso significa que tenemos muchas más galaxias con las que podemos trabajar, y que podemos medir sus formas con mayor precisión. Con más galaxias e imágenes más nítidas, el mapa es más preciso”.
Las regiones más brillantes del mapa marcan lugares en los que se concentran grandes cantidades de masa, por lo general, clústeres masivos de galaxias. Las partes más débiles y en forma de filamentos que conectan esos puntos brillantes siguen a los vastos filamentos que mantienen armadas a las galaxias en tanto que las regiones más oscuras y lisas muestran los lugares donde hay relativamente poca materia.
“En dos palabras, el mapa es una imagen del andamiaje del universo”, dijo Scognamiglio.
Una mirada a lo profundo de la historia cósmica
La excepcional resolución de este nuevo mapa no solo brinda una vista muy detallada de la estructura del universo, sino que permite también que los astrónomos observen esa estructura enfocándose mucho más en el pasado de lo que lograron los mapas anteriores.
Rastrea a la materia oscura a la era en que las galaxias se estaban formando en plena actividad, y brinda así parámetros para las pruebas de la naturaleza de la materia oscura además de modelos del entorno de la galaxia durante el pico de la formación de estrellas, hace unos 8 a 11 mil millones de años.
“El mapa se condice con nuestro modelo cosmológico actual que predice que la materia oscura forma una estructura que es como una red, dentro de la que crecen las galaxias”, dijo Scognamiglio. “Con mayor nitidez ahora podemos poner a prueba esas predicciones con más precisión y buscar pequeñas diferencias que den indicios de algo nuevo en la física, como propiedades alternativas de la materia oscura, o sutiles apartamientos de la gravedad estándar”.
La científica espera que el mapa prepare el camino para nuevos trabajos de investigación sobre la influencia del entorno de materia oscura sobre las galaxias. “Ahora podemos investigar de qué manera dependen la formación de estrellas, el crecimiento de las galaxias y el cese de la formación de estrellas, del lugar en el que se encuentra cada galaxia en términos de los filamentos y clústeres”, explicó Scognamiglio.
La calidad de los datos también abre las puertas al estudio de la evolución de la materia a lo largo del tiempo, añadió. Eso será un aporte al próximo proyecto de Scognamiglio: producir mapas tridimensionales de la masa del universo. Los telescopios espaciales de nueva generación como el Nancy Grace Roman y el Euclid de la Agencia Espacial Europea serán de apoyo a este trabajo al producir datos en alta resolución, cubriendo áreas del cielo mucho más grandes.
“El James Webb nos muestra lo que se puede hacer al contar con ultraalta resolución, y las misiones futuras llevarán todo esto a mayor escala, a volúmenes cósmicos”, afirmó Scognamiglio.
