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A la luz de la materia oscura

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A la luz de la materia oscura

por Amelia Ortiz · Publicada 20 abril, 2018 ·
20/4/2018 de INAF / The Astrophysical Journal


Representación de una galaxia como la Vía Láctea inmersa en un gran halo de materia oscura. Créditos: ESO / L. Calçada.

Un estudio dirigido por el astrofísico Nico Capelluti (Universidad de Miami) revela la posible identificación del neutrino estéril, un producto hasta ahora hipotético de la desintegración de la materia oscura. El neutrino estéril no interaccionaría a través de ninguna de las interacciones fundamentales del modelo estándar, excepto la gravedad.

La investigación ha empleado datos de cuatro observatorios espaciales de rayos X: Chandra y Nustar de NASA, XMM-Newton de ESA y Suzaku de Jaxa, con el objetivo de hallar el origen de una particular fuente de luz que todos los telescopios han detectado, aunque en lugares diferentes del cielo.

En concreto, los científicos han observado en espectros del fondo cósmico de rayos X (una emisión difusa de rayos X que se ve por todo el cielo) una línea de emisión correspondiente a la energía de 3.5 kiloelectronvolts (keV). Esta línea ya se había observado en 2014 en un cúmulo de galaxias, y ahora se ha detectado por primera vez en el interior de nuestra galaxia la Vía Láctea.

La distribución del flujo de la línea a 3.5keV en todas las observaciones realizadas en la Vía Láctea corrobora el modelo de materia oscura caliente de neutrinos estériles, y sugiere como posibles candidatos neutrinos dotados de masa, por tanto no relativistas, que se desintegran en un fotón y un neutrino normal.

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La materia oscura podría no ser interactiva

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La materia oscura podría no ser interactiva, después de todo

por Amelia Ortiz · Publicada 17 abril, 2018 ·
17/4/2018 de EWASS


Imagen de cuatro galaxias gigantes en el corazón del cúmulo Abell 3827. Crédito: NASA/ESA/Richard Massey (Durham University).

Los astrónomos vuelven a estar en la oscuridad en lo que respecta a la naturaleza de la materia oscura, después de que observaciones nuevas demostrasen que esta misteriosa sustancia puede que no interaccione con otras fuerzas aparte de la gravedad.

Hace tres años, un equipo de investigadores pensó que había realizado un gran descubrimiento sobre la naturaleza la materia oscura. Observaciones con el telescopio espacial Hubble parecían demostrar que una galaxia del cúmulo Abell 3827 se había separado de la materia oscura que la rodea. Este desplazamiento es el predicho durante colisiones si la materia oscura interacciona con otras fuerzas además de la gravedad, lo que proporcionaba posibles pistas acerca de su naturaleza.

Sin embargo, el mismo grupo de astrónomos dice ahora que los datos nuevos de observaciones más recientes demuestran que la materia oscura en el cúmulo Abell 3827 no se ha separado de su galaxia después de todo. La medida es congruente con el hecho de que la materia oscura solo sienta el efecto de la fuerza de gravedad.

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Persiguiendo la materia oscura

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Persiguiendo la materia oscura con las estrellas más viejas de la Vía Láctea

por Amelia Ortiz · Publicada 26 enero, 2018 ·
26/1/2018 de Princeton University / Physical Review Letters


Esta ilustración de los datos obtenidos en la simulación Eris muestra que todas las estrellas de la galaxia están concentradas alrededor del centro galáctico, pero las estrellas más viejas y la materia oscura se hallan distribuidas esféricamente por la Vía Láctea, mientras que las estrellas más jóvenes se distribuyen por el disco de la galaxia. Fuente: Princeton University.

Un equipo internacional de investigadores ha encontrado pistas en las estrellas más viejas de nuestra Galaxia que podrían ayudar a conocer la velocidad a la que la materia oscura se mueve cerca de la Tierra.

“En esencia, estas estrellas viejas actúan como velocímetros visibles de la materia oscura invisible, midiendo su distribución de velocidades cerca de la Tierra”, comenta Mariangela Lisanti (Princeton University). “Puedes pensar que las estrellas más viejas son trazadoras luminosas de la materia oscura. La materia oscura en sí misma nunca la veremos, porque no emite luz a ningún nivel observable; es simplemente invisible para nosotros, razón por la cual ha sido tan difícil decir nada concreto sobre ella”.

Para determinar qué estrellas se comportan como las partículas invisibles e indetectables de materia oscura, Lisati y sus colaboradores utilizaron una simulación por ordenador, Eris, que utiliza supercomputadoras para replicar la física de la galaxia de la Vía Láctea, incluyendo materia oscura. Al comparar la velocidad de la materia oscura con la de estrellas con diferentes metalicidades (contenido de metales pesados respecto a elementos más ligeros) vieron que encajaba muy bien con la de las estrellas con menor cantidad de elementos pesados, es decir, con las más viejas de la galaxia.

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Un nuevo giro en la historia de la materia oscura

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Un nuevo giro en la historia de la materia oscura

por Amelia Ortiz · Publicada 20 diciembre, 2017 ·
20/12/2017 de Chandra / Physical Review D


Esta imagen muestra los datos en rayos X de Chandra (azul) del cúmulo de galaxias de Perseo, que han sido combinados con datos en el óptico del telescopio espacial Hubble (rosa) y emisión en radio del VLA (rojo). Créditos: rayos X de NASA/CXO/Oxford University/J. Conlon et al.; radio de NRAO/AUI/NSF/Univ. of Montreal/Gendron-Marsolais et al. ; óptico de NASA/ESA/IoA/A. Fabian et al.; DSS.

Una interpretación novedosa de los datos en rayos X de un cúmulo de galaxias podría ayudar a los científicos a completar una misión en la que llevan décadas embarcados: determinar la naturaleza de la materia oscura. El hallazgo se basa en una nueva explicación para un conjunto de resultados obtenidos con los telescopios de rayos X Chandra de NASA, XMM-Newton de ESA y Hitomi de JAXA. Si se confirma con observaciones futuras, supondría un importante paso adelante en nuestro conocimiento sobre la naturaleza de la misteriosa sustancia invisible que constituye cerca de un 85% de la materia del Universo.

La historia de este trabajo tuvo comienzo en 2014, cuando un grupo de astrónomos dirigido por Esra Bulbul (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics enCambridge, Mass.) halló un pico de intensidad a una energía muy específica en observaciones realizadas con Chandra y XMM-Newton del gas caliente del cúmulo de galaxias de Perseo.

El pico, o línea de emisión, se encuentra a la energía de 3.5 kiloelectronvolts (keV). La intensidad de la línea de emisión a 3.5 keV es muy difícil de explicar (si no imposible) en términos de características observadas o predichas anteriormente de objetos astronómicos y, por tanto, se sugirió que tenía origen en la materia oscura. Más tarde se encontró la línea de emisión a 3.5 keV en otros cúmulos, en la galaxia M31 y en las afueras del cúmulo de Perseo, Sin embargo, otros astrónomos no la detectaron al observar otros objetos. El debate pareció encontrar su final cuando el satélite Hitomi en 2016 no detectó la línea de 3.5 keV en el cúmulo de Perseo, pero paradójicamente ha servido para dar un giro a la historia de la materia oscura.

Ahora un equipo de la Universidad de Oxford ha revisado los datos obtenidos por Chandra de la región cercana al agujero negro del cúmulo de Perseo, encontrando un déficit en lugar de un superávit de rayos X a 3.5 keV. Esto sugiere que algo en Perseo absorbe los rayos X a exactamente esta energía. Así, el equipo de Oxford sugiere que las partículas de materia oscura podrían ser parecidas a átomos que poseen dos estados de energía separados por 3.5keV. Si fuera así, sería posible observar la línea de absorción a 3.5 keV al observar en ángulos cercanos a la dirección del agujero negro y una línea de emisión al mirar al gas caliente de un cúmulo a ángulos grandes, lejos del agujero negro.

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Galaxias primordiales y materia oscura

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Hallan galaxias primordiales masivas inmersas en un vasto océano de materia oscura

por Amelia Ortiz · Publicada 11 diciembre, 2017 ·
11/12/2017 de National Radio Astronomy Observatory / Nature


Ilustración artística de una pareja de galaxias en el Universo muy temprano. Crédito: NRAO/AUI/NSF; D. Berry.

Los astrónomos esperan que las primeras galaxias, formadas apenas unos cientos de millones de años después del Big Bang, compartirán muchos parecidos con algunas de las galaxias enanas que observamos en el Universo cercano en la actualidad. Estas aglomeraciones tempranas de unos pocos miles de millones de estrellas se convirtieron en los componentes básicos de las galaxias más grandes que llegaron a dominar el Universo tras los primeros miles de millones de años.

Sin embargo, observaciones realizadas con ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) han descubierto ejemplos sorprendentes de galaxias masivas, llenas de estrellas, observadas cuando el cosmos tenía menos de mil millones de años de edad. Esto sugiere que los componentes básicos galácticos más pequeños fueron capaces de juntarse y formar galaxias grandes con bastante rapidez.

Los últimos datos de ALMA retrasan esta época de formación de galaxias masivas todavía más al identificar dos galaxias gigantes observadas cuando el Universo tenía solo 780 millones de años de edad, un 5 por ciento de su edad actual. ALMA también reveló que estas galaxias inusualmente grandes se hallan en el interior de una estructura cósmica mucho más masiva, un halo de materia oscura varios billones de veces más masivo que el Sol.

Las dos galaxias se hallan tan próximas entre sí (a menos de la distancia de la Tierra al centro de nuestra galaxia) que en breve se unirán para formar la mayor galaxia jamás observada en ese periodo de la historia cósmica. Este descubrimiento proporciona detalles nuevos acerca de la aparición de galaxias grandes y del papel que la materia oscura juega en la formación de las estructuras más masivas del Universo.

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Propuesta de la existencia de las SIMP

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Los MACHO han muerto. Las WIMP no aparecen. Recibamos a las SIMP.

por Amelia Ortiz · Publicada 5 diciembre, 2017 ·
5/12/2017 de UC Berkeley


Estructuras fundamentales de un pión (izquierda) y una SIMP (derecha). Los iones están compuestos por un quark up y un antiquark down, con un gluón (g) que los mantiene unidos. Una SIMP estaría formada por un quark y un antiquark unidos por un tipo desconocido de gluón (G). Fuente: UC Berkeley.

La intensa búsqueda mundial de la materia oscura, la masa perdida del Universo, no ha encontrado hasta ahora muchas estrellas masivas oscuras ni muchas partículas masivas nuevas y extrañas que interactúan débilmente, pero una nueva candidata está ganando adeptos lentamente y apoyo de las observaciones.

Llamadas SIMP (partículas masivas que interactúan fuertemente, o en inglés ‘strongly interacting massive particles’) fueron propuestas hace tres años por el físico teórico Hitoshi Murayama (UC Berkeley). Murayama afirma que recientes observaciones de un choque múltiple galáctico podrían ser la prueba de la existencia de las SIMP y anticipa su descubrimiento en los experimentos de física de partículas del futuro.

La prueba más sólida de la existencia de la materia oscura es el movimiento de las estrellas dentro de una galaxia. Sin una concentración invisible de materia oscura, las galaxias se disgregarían. Al principio se propuso que se trataba de objetos de materia normal pero demasiado débiles para verse (estrellas fallidas llamadas enanas marrones, estrellas consumidas o agujeros negros) presentes en el halo de las galaxias, llamados MACHO (de ‘massive compact halo objects’). Pero las observaciones más recientes descartan que pueda haber una población importante de estos objetos aún por descubrir.

Otras candidatas, las partículas masivas que interactúan débilmente (WIMP, de ‘weakly interacting massive particles) tampoco han sido detectadas hasta la fecha.

Ahora se ha propuesto la existencia de las SIMP, que interactuarían fuertemente entre sí por la gravedad pero muy débilmente con la materia normal. Murayama propone que podría tratarse, por ejemplo, de una nueva combinación de quarks (los componentes fundamentales de los protones y neutrones); pero una SIMP solo contendría un quark y un antiquark. Según Murayama, la colisión de galaxias dentro del cúmulo Abell 3827 aporta pruebas de la existencia de las SIMP.

[Fuente]

Materia oscura y energía oscura

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Materia oscura y energía oscura, ¿existen realmente?

por Amelia Ortiz · Publicada 23 noviembre, 2017 ·
23/11/2017 de Universidad de Ginebra (UNIGE) / The Astrophysical Journal


Cúmulo de galaxias de Coma. Estudiando este cúmulo el astrónomo Franz Zwicky propuso por primera vez la existencia de la materia oscura, en 1933. Crédito: NASA / JPL-Caltech / L. Jenkins (GSFC).

Durante casi un siglo, los astrónomos han barajado la hipótesis de que el Universo contenga más materia de la que puede observarse directamente, conocida como “materia oscura”. También han propuesto la existencia de una “energía oscura” que es más potente que la atracción gravitatoria. Estas dos hipótesis se argumenta que explicarían el movimiento de las estrellas en galaxias y la expansión acelerada del Universo, respectivamente. Pero según un investigador de la Universidad de Ginebra (Suiza) estos conceptos podrían ya no ser válidos: los fenómenos que se supone que describen pueden ser demostrados sin ellos. Un nuevo modelo teórico basado en la invariancia de escala del espacio vacío podría resolver dos de los mayores misterios de la astronomía.

El modo en el que representamos el Universo y su historia es descrito por las ecuaciones de la relatividad general de Einstein, la gravitación universal de Newton y la mecánica cuántica. El modelo de consenso actual es el de un big bang seguido por una expansión. “En este modelo existe una hipótesis de inicio que no ha sido tenida en cuenta, en mi opinión”, afirma André Maeder (UNIGE). “Me refiero a la invariancia de escala del espacio vacío; en otras palabras, que el espacio vacío y sus propiedades no cambian debido a una dilatación o contracción”. El espacio vacío juega un papel primordial en las ecuaciones de Einstein a través de una cantidad conocida como la “constante cosmológica”, y el modelo de universo resultante depende de ella. En base a esta hipótesis, Maeder ha reexaminado el modelo del universo, señalando que la invariancia de escala del espacio vacío está también presente en la teoría fundamental del electromagnetismo.

Cuando Maeder realizó pruebas cosmológicas con su nuevo modelo, comprobó que coincidía con las observaciones. También descubrió que el modelo predice la expansión acelerada del universo sin necesidad de recurrir a una partícula de energía oscura. En resumen, parece que la energía oscura podría no existir dado que la aceleración de la expansión está contenida en las ecuaciones de la física.

En una segunda fase, Maeder se centró en la ley de Newton, que es un ejemplo particular de la relatividad general. La ley resulta ligeramente modificada cuando el modelo incorpora la hipótesis nueva de Maeder. Contiene un término muy pequeño de aceleración hacia afuera, que es particularmente significativo a bajas densidades. Esta ley modificada, cuando se aplica a los cúmulos de galaxias, conduce a masas de los cúmulos en línea con la materia que es visible: esto significa que no se necesita materia oscura para explicar las velocidades altas de las galaxias en los cúmulos. Un segundo test demostró que su ley también predice las velocidades altas de las estrellas en las regiones exteriores de las galaxias sin necesidad de invocar la materia oscura.

[Fuente]

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