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15 de Julio de 2020
Astrofísica

La materia perdida, reencontrada

Las galaxias albergan solo una pequeña parte de la materia ordinaria que los modelos cosmológicos predicen para el universo entero. Un nuevo método ha captado en ondas de radio de origen cósmico el efecto de la materia ordinaria «perdida».

 

La red radiotelescópica ASKAP detecta explosiones rápidas de radio. La dispersión de las ondas de seis de ellas ha servido para dar con la materia ordinaria que más difícil es de detectar [ICRAR et CSIRO/Alex Cherney].

El universo está constituido, redondeando, por un 70 por ciento de energía oscura, un 25 por ciento de materia oscura y solo un 5 por ciento de materia ordinaria, que a estos efectos es básicamente la llamada «bariónica», básicamente a su vez  protones y neutrones. Los dos primeros componentes son todavía un misterio para los astrofísicos, pero el tercero, pese a su naturaleza más corriente, sigue guardando secretos. Uno de ellos es el que se refiere a las más de tres cuartas partes de la materia ordinaria que se dispersa por el cosmos en formas muy difusas (en el universo hay, en promedio, un barión por cada 3 o 4 metros cúbicos). Jean-Pierre Macquart, de la Universidad Curtin, en Perth, Australia, y sus colaboradores podrían haberlas sacado de sus vastos escondrijos de manera completa, como explican en Nature.

Una décima parte, más o menos, de la cantidad de bariones predicha por el estudio de la radiación cósmica de fondo y los modelos de la nucleosíntesis primordial se encuentra en las galaxias, donde forma las estrellas, los planetas, los agujeros negros..., y otra décima parte en su inmediato entorno o como gas muy caliente dentro de los cúmulos donde las galaxias se ligan gravitatoriamente. El resto se dispersa por los espacios intergalácticos de la estructura cósmica a gran escala. ¿Cómo se puede detectarlo? Gracias a un fenómeno aún inexplicado, las explosiones rápidas de radio. Macquart y sus colaboradores reseñan las limitaciones de las formas anteriores de dar con esa materia difusa; la que han adoptado, en cambio, responde a todos los bariones ionizados del espacio cósmico interpuesto (en el universo moderno el hidrógeno neutro es poco abundante).

Las explosiones rápidas de radio son unas emisiones de ondas de radio muy breves (duran unos milisegundos) y muy energéticas. Entre las hipótesis propuestas para explicarlas están las explosiones de rayos gamma, los magnetares (estrellas de neutrones con un campo magnético muy intenso), agujeros negros que se evaporan, etc.

Gracias al radiotelescopio ASKAP (la Red Australiana del Kilómetro Cuadrado Pathfinder), ese grupo de astrofísicos ha podido localizar en el universo cuatro nuevas explosiones rápidas de radio y analizar sus ondas de radio; ha efectuado su estudio con ellos y con los datos de otras dos explosiones previamente localizadas (incluyendo el desplazamiento al rojo, la distancia pues, de sus galaxias).

Durante su recorrido, las ondas de radio fueron dispersadas por los bariones con que se toparon, un poco como la luz del Sol cuando atraviesa un prisma. Dicho de forma más precisa, se produjeron retrasos según las frecuencias: las más altas se detectan antes que las demás, efecto que este grupo de astrofísicos ha podido medir gracias a ASKAP.

A partir de los datos reunidos, el grupo de astrofísicos ha calculado la densidad media de la materia ordinaria que atravesaron las ondas en los miles de millones de años que duró su viaje y concuerda con ese cinco por ciento que arrojan los modelos cosmológicos. Los ratifica, pues, al menos para ese 5 por ciento de la masa-energía del universo.

Loïc Mangin/Pour la Science

Artículo traducido y adaptado por Investigación y Ciencia con permiso de Pour la Science.

Referencia: «A census of baryons in the Universe from localized fast radio bursts», de  J.-P. Macquart et al. en Nature 581, páginas 391-395 (2020); puede leerse la prepublicación en arXiv:2005.13161 [astro-ph.CO]

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