Acercar El Zoom A La Materia Oscura: Equivalente A Poder Ver Una Pulga En La Superficie De La Luna

Mapa de densidad de materia oscura proyectado

Mapa de densidad de materia oscura proyectado, creado mediante una simulación que mide 2.400 millones de años luz en cada lado. El recuadro (abajo a la izquierda) es el zoom más profundo de la simulación: tiene solo 783 años luz de diámetro, equivalente a 500 veces el tamaño del sistema solar. En el recuadro, los halos de materia oscura más pequeños claramente visibles tienen una masa comparable a la de la Tierra (0,000003 la masa del Sol). Crédito: Dr. Sownak Bose, Centro de Astrofísica, Universidad de Harvard

Los cosmólogos se han acercado a los grupos más pequeños de materia oscura en un universo virtual, lo que podría ayudarnos a encontrar algo real en el espacio.

Un equipo internacional de investigadores, incluida la Universidad de Durham, Reino Unido, utilizó supercomputadoras en Europa y China para centrarse en una región típica de un universo generado por computadora.

El zoom que pudieron lograr es el equivalente a poder ver una pulga en la superficie de la Luna.

Esto les permitió hacer imágenes y análisis detallados de cientos de grupos (o halos) de materia oscura virtual, desde los más grandes hasta los más pequeños.

Las partículas de materia oscura pueden chocar con antipartículas de materia oscura cerca del centro de los halos donde, según algunas teorías, se convierten en un estallido de radiación energética de rayos gamma.

Sus hallazgos, publicados en la prestigiosa revista  Nature , podrían significar que estos halos muy pequeños podrían identificarse en futuras observaciones por la radiación que se cree que emiten.

Haloes de materia oscura

La impresión de un artista de los halos de materia oscura con varias masas en el Universo. Crédito: YU Jingchuan, Planetario de Beijing

El coautor, el profesor Carlos Frenk, profesor Ogden de Física Fundamental en el Instituto de Cosmología Computacional de la Universidad de Durham, Reino Unido, dijo: “Al hacer zoom en estos halos de materia oscura relativamente pequeños, podemos calcular la cantidad de radiación que se espera que provenga de diferentes halos de tamaño.

“La mayor parte de esta radiación sería emitida por halos de materia oscura demasiado pequeños para contener estrellas y los futuros observatorios de rayos gamma podrían detectar estas emisiones, haciendo que estos pequeños objetos sean ‘visibles’ individual o colectivamente.

“Esto confirmaría la naturaleza hipotética de la materia oscura, que puede no ser completamente oscura después de todo”.

La mayor parte de la materia del universo es oscura (aparte de la radiación gamma que emiten en circunstancias excepcionales) y de naturaleza completamente diferente de la materia que forma las estrellas, los planetas y las personas.

El universo está compuesto de aproximadamente un 27 por ciento de materia oscura y el resto consiste en gran parte en la igualmente misteriosa energía oscura. La materia normal, como los planetas y las estrellas, constituye un cinco por ciento relativamente pequeño del universo.

Las galaxias se formaron y crecieron cuando el gas se enfrió y condensó en el centro de enormes grupos de esta materia oscura, los llamados halos de materia oscura.

Los astrónomos pueden inferir la estructura de grandes halos de materia oscura a partir de las propiedades de las galaxias y del gas que contienen.

Los halos más grandes contienen enormes colecciones de cientos de galaxias brillantes, llamadas cúmulos de galaxias, que pesan 1.000 billones de veces más que nuestro Sol.

Densidad de materia oscura proyectada

Mapa de densidad de materia oscura proyectado, creado mediante una simulación que mide 2.400 millones de años luz en cada lado. . El cuadrado intermedio (arriba a la derecha) tiene poco menos de un millón de años luz de ancho. El cuadrado más pequeño (abajo a la izquierda) es el zoom más profundo: tiene solo 783 años luz de diámetro, equivalente a 500 veces el tamaño del sistema solar. En el cuadrado intermedio (arriba a la derecha), los halos de materia oscura más grandes tienen una masa similar a la de un rico cúmulo de galaxias (un millón de billones de veces la masa del Sol). En el cuadrado más pequeño (abajo a la derecha), los halos más pequeños claramente visibles tienen una masa comparable a la de la Tierra (0,000003 la masa del Sol). Crédito: Dr. Sownak Bose, Centro de Astrofísica, Universidad de Harvard

Sin embargo, los científicos no tienen información directa sobre los halos de materia oscura más pequeños que son demasiado pequeños para contener una galaxia. Estos solo pueden estudiarse simulando la evolución del Universo en una gran supercomputadora.

Se cree que los más pequeños tienen la misma masa que la Tierra según las teorías científicas populares actuales sobre la materia oscura que subyacen a la nueva investigación.

Las simulaciones se llevaron a cabo utilizando la supercomputadora Cosmology Machine, parte de las instalaciones de Computación de Alto Rendimiento DiRAC en Durham, financiada por el Consejo de Instalaciones de Ciencia y Tecnología (STFC), y computadoras de la Academia de Ciencias de China.

Al hacer zoom en el universo virtual con un detalle tan microscópico, los investigadores pudieron estudiar la estructura de los halos de materia oscura que varían en masa desde la de la Tierra hasta un gran cúmulo de galaxias.

Sorprendentemente, encontraron que los halos de todos los tamaños tienen una estructura interna muy similar y son extremadamente densos en el centro, volviéndose cada vez más dispersos, con grupos más pequeños orbitando en sus regiones externas.

Los investigadores dijeron que sin una escala de medida era casi imposible distinguir una imagen de un halo de materia oscura de una galaxia masiva de una de un halo con una masa de una fracción de la del Sol.

El coautor, el profesor Simon White, del Instituto Max Planck de Astrofísica, Alemania, dijo: “Esperamos que los pequeños halos de materia oscura sean extremadamente numerosos, conteniendo una fracción sustancial de toda la materia oscura en el universo, pero permanecerían en su mayoría oscuro a lo largo de la historia cósmica porque las estrellas y las galaxias crecen sólo en halos de más de un millón de veces más masivas que el Sol.

“Nuestra investigación arroja luz sobre estos pequeños halos a medida que buscamos aprender más sobre qué es la materia oscura y el papel que desempeña en la evolución del universo”.

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Referencia: “Estructura universal de los halos de materia oscura en un rango de masas de 20 órdenes de magnitud” por J. Wang, S. Bose, CS Frenk, L. Gao, A. Jenkins, V. Springel y SDM White, 2 de septiembre de 2020, Naturaleza .
DOI: 10.1038 / s41586-020-2642-9

El equipo de investigación, dirigido por los Observatorios Astronómicos Nacionales de la Academia de Ciencias de China, e incluyendo la Universidad de Durham, Reino Unido, el Instituto Max Planck de Astrofísica, Alemania, y el Centro de Astrofísica de Harvard, EE. UU., Tardó cinco años en desarrollar, probar y realizar su zoom cósmico.

La investigación fue financiada por el STFC, el Consejo Europeo de Investigación, la Academia China de Ciencias, la Sociedad Max Planck y la Universidad de Harvard.

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