Un nuevo análisis del cielo ha confirmado finalmente dónde se escondía la mitad faltante de la materia visible del Universo. En el espacio que rodea las galaxias, acecha como enormes nubes invisibles de hidrógeno ionizado. Normalmente, sería imposible verlo, pero un gran equipo internacional de astrónomos y astrofísicos ha desarrollado una técnica que revela sus escondites, allá afuera, en la oscuridad entre las estrellas. Los programas de estudio confirman que la mitad faltante del material del Universo toma la forma de una niebla intergaláctica de hidrógeno expulsada más lejos de los núcleos activos de las galaxias de lo que se creía anteriormente.
“Creemos que, a medida que nos alejamos de la galaxia, recuperamos todo el gas faltante”, dice la astrónoma Boryana Hadzhiyska de la Universidad de California en Berkeley y el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley.
Para ser más precisos, tenemos que hacer un análisis minucioso con simulaciones, algo que no hemos hecho. Queremos hacer un trabajo minucioso. La materia normal, o bariónica, constituye alrededor del 5% de la distribución de materia-energía del Universo. El resto es materia oscura (27%) y energía oscura (68%). La materia oscura y la energía oscura son un tema completamente distinto, pero el misterio de la materia bariónica desaparecida ha desconcertado a los científicos durante décadas.
El problema es que simplemente desconocemos dónde se encuentra una gran parte de él. El hidrógeno constituye alrededor del 90% del Universo en átomos y el 73% en masa. Por lo tanto, una gran parte de la materia bariónica faltante es hidrógeno. Los científicos estiman que hemos extraviado más del 50% del hidrógeno del Universo. El hidrógeno en el espacio puede ionizarse por radiación, lo que provoca que brille débilmente, pero en el espacio entre las galaxias, el gas es demasiado difuso y el brillo demasiado débil como para que esto sea fácilmente detectable.
Pero hay más de una manera de buscar una nube invisible de hidrógeno. Un método que ha ido ganando terreno consiste en observar los cambios en la luz que hay detrás de ella: el fondo cósmico de microondas, la «primera luz» fosilizada del Universo que impregna el cosmos.
“El fondo cósmico de microondas se encuentra en la parte posterior de todo lo que vemos en el universo. Es el límite del universo observable”, afirma la cosmóloga Simone Ferraro, del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley. “Así que se puede usar como retroiluminación para ver dónde está el gas”.
A medida que esta luz viaja a través de nubes difusas de hidrógeno ionizado, puede aumentar o disminuir su brillo al dispersar los electrones del gas. Esto se denomina efecto cinemático Sunyaev-Zel’dovich. Sin embargo, como probablemente pueda imaginar, el fondo cósmico de microondas es muy tenue y difícil de ver.
Así que la solución es el apilamiento. Se toman varias observaciones y se apilan unas sobre otras para resaltar características muy tenues. Los investigadores hicieron esto para más de un millón de galaxias rojas brillantes en un radio de 8 mil millones de años luz de la Vía Láctea.
Sus resultados mostraron que el halo de hidrógeno que envuelve estas galaxias es mucho mayor de lo que pensábamos. También ofrece la tentadora posibilidad de que los halos sean mucho más grandes de lo que este estudio pudo detectar.
“Las mediciones son ciertamente consistentes con el hallazgo de todo el gas”, dice Ferraro.
Sin embargo, como es habitual en astronomía, el descubrimiento también plantea nuevas preguntas. Los halos de hidrógeno se alimentan tanto del gas exterior a la galaxia que cae sobre ellos como de las fases activas del agujero negro supermasivo en el centro de la galaxia. Cuando el agujero negro se alimenta a un ritmo elevado, su campo magnético lanza enormes chorros de material que pueden viajar millones de años luz hacia el espacio intergaláctico, y vientos poderosos soplan hacia afuera en todas direcciones, empujando con ellos cualquier gas dentro de la galaxia, lo que limita la formación de estrellas (ya que las estrellas se forman a partir del gas).
El descubrimiento de halos más grandes de lo esperado sugiere que la actividad de los agujeros negros podría ser episódica, con intermitencias. Esto concuerda con otras observaciones interesantes de agujeros negros que parecen inactivos y que de repente cobran vida. Esta información es relevante para nuestros modelos de evolución galáctica.
Esto es solo una parte del rompecabezas. Otros intentos de mapear los bariones faltantes del Universo muestran que parte de ellos está ligado a los filamentos de materia oscura que forman la red cósmica, conectando galaxias a lo largo de vastas distancias. El trabajo del equipo ha proporcionado a los astrónomos una nueva forma de buscar el hidrógeno. Ahora sólo tienen que unir las piezas.
“Este trabajo abre la puerta a una nueva y apasionante línea de investigación”, escriben en su artículo.
Comprender la conexión entre el gas y la materia oscura no solo facilitará los futuros análisis cosmológicos, sino que también contribuirá a nuestra comprensión de la formación y evolución de las galaxias. Este artículo aporta una pieza esencial a un creciente corpus de trabajos que buscan desentrañar las complejidades del gas cósmico en la era de los grandes estudios cosmológicos.
La investigación se ha enviado a Physical Review Letters y está disponible en arXiv.
Fuente: Science Alert.