materia oscura

En la búsqueda de materia oscura

Posted on

El experimento XENON1T publica su primer resultado en la búsqueda de materia oscura

por Amelia Ortiz · Publicada 19 mayo, 2017 ·
19/5/2017 de Purdue University


Las instalaciones de XENON1T en el laboratorio subterráneo del Gran Sasso. El edificio de tres pisos de la derecha contiene varios sistemas auxiliares. El criostato que contiene el detector está dentro del gran tanque de agua de la izquierda, junto al edificio. Crédito: Roberto Corrieri y Patrick De Perio.

“¡El mejor resultado hasta ahora sobre la materia oscura… y acabamos de empezar!”. Así es cómo los científicos del experimento XENON1T, actualmente el experimento de materia oscura más sensible del mundo, albergado en el INFN Laboratori Nazionali del Gran Sasso, Italia, anunciaron su primer resultado  a la comunidad científica tras 30 días de funcionamiento.

La materia oscura es uno de los componentes básicos del Universo, cinco veces más abundante que la materia ordinaria. Varias medidas astronómicas han corroborado la existencia de la materia oscura, instigando la aparición de proyectos en todo el mundo que persiguen detectar directamente la interacciones entre las partículas de materia oscura y de la materia ordinaria en detectores extremadamente sensibles, lo que confirmaría su existencia y arrojaría luz sobre sus propiedades. Sin embargo, estas interacciones son tan débiles que han escapado de la detección directa hasta ahora, obligando a los científicos a construir detectores cada vez más sensibles.

La colaboración XENON se encuentra en primera línea de esta búsqueda con el experimento XENON1T. Los resultados de los primeros 30 días de funcionamiento muestran que el detector ha conseguido un nuevo récord de nivel de radiactividad baja, muchos órdenes de magnitud por debajo de los materiales terrestres. Con una masa total de 3200 kg, XENON1T es al mismo tiempo el mayor detector de este tipo que se haya construido jamás.  La combinación de tamaño mayor y un ruido de fondo mucho menor anuncian un excelente potencial para el descubrimiento de la materia oscura en los próximos años.

La colaboración XENON reune 135 investigadores de USA, Alemania, Italia, Suiza, Portugal, Francia, Países Bajos, Israel, Suecia y los Emiratos Árabes Unidos. “La mejor noticia es que el experimento continúa acumulando datos excelentes que nos permitirán comprobar pronto algunas hipótesis sobre WIMP [una clase de partículas candidatas a ser la materia oscura] en una región de masa y sección eficaz con átomos normales como nunca antes se había hecho”, explica Elena Aprile (Columbia University).

[Fuente Noticia]

La Materia Oscura es “borrosa”

Posted on

Abell 262, Abell 383, Abell 1413, y Abell 2390: ¿es “borrosa” la materia oscura?

por Amelia Ortiz · Publicada 2 mayo, 2017 ·
2/5/2017 de Chandra / Monthly Notices of the Royal Astronomical Society


Imágenes de cuatro cúmulos de galaxias que forman parte de la muestra de 13 cúmulos de galaxias utilizados para el estudio de la materia oscura. El modelo considerado ha sido el de la materia oscura fría borrosa. Crédito: imágenes en rayos X de NASA/CXC/Cinestav/T.Bernal et al.; imágenes en el óptico de NASA/STScI.

Un equipo de astrónomos ha utilizados datos del observatorio de rayos X Chandra de NASA para estudiar las propiedades de la materia oscura, la misteriosa sustancia invisible que constituye la mayor parte de la materia del Universo. El estudio, que incluye 13 cúmulos de galaxias, explora la posibilidad de que la materia oscura sea más “borrosa” que “fría”, quizás añadiendo incluso más complejidad alrededor de este misterio cósmico.

Durante varias décadas, los astrónomos han sabido de la existencia de la materia oscura. Sin embargo, siguen sin comprender sus propiedades con detalle. Es decir, quisieran averiguar cómo se comporta en distintos ambientes y, en última instancia, de qué está hecha. El modelo más popular asume que se trata de una partícula más masiva que el protón y que es fría, es decir, que se mueve a velocidades mucho menores que la velocidad de la luz. Este modelo ha tenido éxito en explicar la estructura del universo a muy grandes escalas, mucho mayores que las galaxias, pero tiene problemas explicando cómo se distribuye la materia a escalas menores que las galaxias.

Por ejemplo, el modelo de la materia oscura fría predice que la densidad de materia oscura en el centro de las galaxias es mucho mayor que en las regiones que rodean al centro. Y como la materia normal es atraída hacia la oscura, también debería de haber un fuerte pico de densidad en el centro de las galaxias. Sin embargo, los astrónomos observan que la densidad tanto de materia normal como de materia oscura es mucho más uniforme. Otro problema es que el modelo de materia oscura fría predice un número mucho mayor de galaxias pequeñas en órbita alrededor de galaxias como la Vía Láctea del que observan realmente los astrónomos.

Para resolver estos problemas del modelo de la materia oscura fría, los astrónomos han propuesto modelos alternativos en los que la materia oscura posee propiedades muy distintas. Uno de ellos considera el principio de la mecánica cuántica según el cual cada partícula subatómica tiene asociada una onda. Si la partícula de la materia oscura es de masa extremadamente pequeña (unos diez mil billones de billones de veces menor que la masa de un electrón), su longitud de onda correspondiente sería de unos 3000 años-luz. Esta distancia de un pico de la onda al siguiente es cerca de un octavo de la distancia de la Tierra al centro de la Vía Láctea. Las ondas de partículas distintas pueden entonces solaparse e interferir entre sí como las ondas de un estaque, actuando como un sistema cuántico a escalas galácticas en lugar de atómicas.

La gran longitud de onda de las ondas asociadas a estas partículas significa que la densidad de la materia oscura en el centro de las galaxias no puede tener un pico intenso. Por tanto, para un observador que está fuera de una galaxia, estas partículas parecerían “borrosas” si pudieran ser detectadas directamente, razón por la cual el modelo ha sido llamado de la “materia oscura borrosa”. Y como la materia normal es atraída por la materia oscura, también se repartirá a escalas mayores. Esto explicaría de forma natural la ausencia de un fuerte pico en la densidad de materia en el centro de las galaxias.

[Fuente Noticia]

La materia oscura en el principio

Posted on

La materia oscura tenía menos influencia en el universo temprano

por Amelia Ortiz · Publicada 16 marzo, 2017 ·
16/3/2017 de ESO / Nature


Representación esquemática de la rotación del disco de las galaxias en el universo temprano (derecha) y en la actualidad (izquierda). Las observaciones llevadas a cabo con el VLT (Very Large Telescope) de ESO sugieren que la materia oscura (marcada en rojo) influyó menos en los discos de estas galaxias masivas con formación estelar del universo temprano, ya que estaba menos concentrada. Como resultado, las partes exteriores de las galaxias distantes giran más lentamente que las regiones comparables de las galaxias del universo local. Crédito: ESO/L. Calçada

Nuevas observaciones indican que, durante la época de mayor formación de galaxias, hace unos 10.000 millones de años, las galaxias masivas con formación estelar estaban dominadas por materia bariónica o “normal”. Esto choca con lo que vemos en las galaxias actuales, en las que domina la misteriosa materia oscura. Este sorprendente resultado se obtuvo utilizando el VLT (Very Large Telescope), de ESO, y sugiere que la materia oscura en el universo temprano fue menos influyente que en la actualidad. La investigación se presenta en cuatro artículos científicos, uno de los cuales se ha publicado hoy en la revista Nature.

Vemos la materia normal como brillantes estrellas, refulgente gas y nubes de polvo. Pero la elusiva materia oscura no emite, absorbe o refleja la luz y sólo puede ser observada a través de sus efectos gravitacionales. La presencia de materia oscura puede explicar por qué las partes exteriores de galaxias espirales cercanas giran más rápido de lo que se esperaría si sólo estuvieran compuestan por la materia normal que podemos ver directamente.

Ahora, un equipo internacional de astrónomos dirigido por Reinhard Genzel, del Instituto Max Planck de Física Extraterrestre (Garching, Alemania), ha utilizado los instrumentos KMOS y SINFONI, instalados en el VLT (Very Large Telescope) de ESO, en Chile, para medir la rotación de seis galaxias masivas con formación estelar en el universo distante en el momento de máxima formación de galaxias, hace 10.000 millones de años.

Lo que descubrieron es intrigante: a diferencia de las galaxias espirales del universo actual, las regiones exteriores de estas galaxias distantes parecen giran más lentamente que las regiones más cercanas al núcleo, sugiriendo que hay menos materia oscura de lo esperado.

[Noticia completa]

Materia oscura uniforme?

Posted on

La materia oscura podría ser más uniforme de lo que se pensaba
Un detallado estudio de una amplia zona del cielo, captada por el VST, ofrece intrigantes resultados
7 de Diciembre de 2016


Tras analizar los datos de un nuevo e inmenso sondeo de galaxias con el telescopio de rastreo del VLT de ESO, en Chile, los resultados sugieren que la materia oscura puede ser menos densa y estar distribuida de forma más uniforme en el espacio de lo que se pensaba. Un equipo internacional ha utilizado los datos del sondeo KiDS (Kilo Degree Survey) para estudiar cómo la luz de unos quince millones de galaxias distantes se ve afectada por la influencia gravitacional de la materia en las escalas más grandes del universo. Los resultados parecen estar en desacuerdo con los anteriores resultados del satélite Planck.

Hendrik Hildebrandt, del Instituto Argelander de Astronomía, en Bonn (Alemania) y Massimo Viola, del Observatorio de Leiden (Países Bajos) han dirigido a un equipo de astrónomos [1] de instituciones de todo el mundo que han procesado imágenes del sondeo KiDS (Kilo Degree Survey), realizado con el VST (VLT Survey Telescope) de ESO, en Chile. Para su análisis, utilizaron imágenes del sondeo de cinco zonas del cielo que cubrían un área total de alrededor de 2.200 veces el tamaño de la Luna llena [2] y que contiene unos quince millones de galaxias.

Explotando la excelente calidad de imagen de la que disfruta el VST en Paranal, y utilizando innovadores programas informáticos, el equipo fue capaz de llevar a cabo una de las mediciones más precisas jamás realizadas de un efecto conocido como “esquilado cósmico” (en inglés, cosmic shear). Se trata de una variante sutil de la lente gravitacional débil, en la que la luz emitida por galaxias lejanas es ligeramente deformada por el efecto gravitacional de grandes cantidades de materia, tales como cúmulos de galaxias.

En ese “esquilado cósmico”, no son los cúmulos de galaxias, sino las estructuras a gran escala del universo las que deforman la luz, que produce un efecto aún más pequeño. Se necesitan sondeos muy anchos y profundos, como KiDS, para garantizar que la débil señal del “esquilado cósmico” sea lo suficientemente fuerte como para ser medida y los astrónomos puedan utilizarla para mapear la distribución de la materia gravitante. Este estudio se ha hecho con el área total de cielo más grande jamás mapeada con esta técnica.

Curiosamente, los resultados de sus análisis parecen ser incompatibles con las deducciones de los resultados del satélite Planck de la Agencia Espacial Europea, una misión espacial cuyo objetivo fue estudiar las propiedades fundamentales del universo. En particular, las medidas del equipo de KiDS de cuán grumosa es la materia en todo el universo — un parámetro cosmológico fundamental — es significativamente menor que el valor derivado de los datos de Planck [3].

Massimo Viola, explica: “este último resultado indica que la materia oscura de la red cósmica, que representa una cuarta parte del contenido del universo, es menos grumosa de lo que previamente creíamos”.

La materia oscura sigue siendo esquiva en su detección, su presencia sólo se deduce a partir de sus efectos gravitatorios. Actualmente, este tipo de estudios son la mejor herramienta para determinar la forma, escala y distribución de esta materia invisible.

El resultado sorpresa de este estudio también tiene implicaciones para la comprensión del universo en toda su amplitud y para entender cómo ha evolucionado durante sus casi 14.000 millones de años de historia. Un resultado de este tipo, aparentemente en desacuerdo con los resultados previamente establecidos por Planck, significa que ahora los astrónomos tendrán que reformular su comprensión de algunos aspectos fundamentales del desarrollo del universo.

Para Hendrik Hildebrandt, “nuestros hallazgos ayudarán a refinar nuestros modelos teóricos sobre cómo ha crecido el universo desde sus inicios hasta la actualidad”.

El análisis de KiDS de los datos del VST es un paso importante, pero se espera que los futuros telescopios hagan sondeos incluso más amplios y profundos del cielo.

La colíder del estudio, Catherine Heymans, de la Universidad de Edimburgo (Reino Unido), añade: “Desvelar lo que ha ocurrido desde el Big Bang es un reto complejo, pero si seguimos estudiando los cielos distantes podremos construir una imagen de cómo ha evolucionado nuestro universo actual”.

“Por el momento, vemos una discrepancia interesante con la cosmología de Planck. Las futuras misiones, como el satélite Euclides y el telescopio LSST (Large Synoptic Survey Telescope), nos permitirán repetir estas mediciones y comprender mejor qué es lo que realmente nos está diciendo el universo”, concluye Konrad Kuijken (Observatorio de Leiden, Países Bajos), investigador principal del sondeo KiDS.
Notas
[1] El equipo internacional de investigadores de KiDS incluye a científicos de Alemania, Países Bajos, Reino Unido, Australia, Italia, Malta y Canadá.

[2] Esto corresponde a cerca de 450 grados cuadrados o un poco más del 1% de todo el cielo.

[3] El parámetro medido se llama S8. Su valor es una combinación del tamaño de las fluctuaciones de densidad y la densidad media de una sección del universo. Las fluctuaciones grandes en partes del universo con densidades más bajas tienen un efecto similar al de pequeñas fluctuaciones de amplitud en las regiones más densas y no se pueden distinguir unas de otras a través de observaciones de lente gravitacional débil. El 8 se refiere a un tamaño de celda de 8 megapársecs, utilizado por convención en este tipo de estudios.

Fuente: http://www.eso.org/public/spain/news/eso1642/?lang

Un perfil de materia oscura

Posted on

Una supercomputadora obtiene un perfil de la materia oscura
3/11/2016 de DESY / Nature

Title The calculated distribution of dark matter

Este conjunto de imágenes muestra la distribución de la materia oscura, obtenida con una simulación por computadora, a redshift z~2, o cuando el Universo solo tenia 3 mil millones de años de edad. El panel izquierdo muestra la distribución continua de las partículas de materia oscura. El central es una vista simplificada de la compleja estructura de la materia oscura según el llamado modelo de halo. El panel derecho resalta los halos de materia oscura (en amarillo) que representan los lugares cósmicos más eficientes para la formación de las galaxias. Crédito: The Virgo Consortium/Alexandre Amblard/ESA.

 

En la búsqueda de la misteriosa materia oscura, los físicos han utilizado complicados cálculos por computadora para obtener un perfil de las partículas de esta clase desconocida de materia. Para conseguirlo, los científicos han calculado una extensión del exitoso modelo estándar de la física de partículas, lo que les ha permitido, entre otras cosas, predecir la masa de los llamados axiones, candidatos prometedores a ser la materia oscura.

“La materia oscura es una forma invisible de materia que hasta ahora solo se ha revelado por sus efectos gravitatorios. De qué está hecha sigue siendo un completo misterio”, explica el coautor del estudio, el Dr. Andreas Ringwald. La prueba de la existencia de esta forma de materia procede, entre otros, de la observación de las galaxias, que giran demasiado rápido para mantenerse unidas solo por la atracción gravitatoria de la materia visible. Medidas de alta precisión tomadas con el satélite europeo Planck demuestran que casi el 85 por ciento de la masa total del Universo consiste en materia oscura. Todas las estrellas, planetas, nebulosas y otros objetos del espacio que están hechos de materia convencional no suman más del 15 por ciento de la materia del Universo.

La forma de materia desconocida puede consistir de pocas partículas pero muy pesadas, o de un gran número de partículas ligeras. Una serie de consideraciones físicas hacen que unas partículas extremadamente ligeras, llamadas axiones, sean candidatas muy prometedoras. La existencia de los axiones es predicha por una extensión de la cromodinámica cuántica (QCD), la teoría cuántica que gobierna la interacción fuerte, responsable de la fuerza nuclear.

Los resultados demuestran, entre otras cosas, que si los axiones constituyen la mayor parte de la materia oscura, deberían de tener una masa entre los 50 y los 1500 micro electronvolts, es decir, ser hasta diez mil millones de veces más ligeros que los electrones. Esto exigiría que cada centímetro cúbico del Universo contenga en promedio diez millones de dichas partículas ultraligeras. Pero la materia oscura no está distribuida uniformemente en el Universo, sino que forma concentraciones y ramificaciones en una red que se parece a una tela de araña. Debido a esto, nuestra región local de la Vía Láctea debería de contener cerca de un billón de axiones por centímetro cúbico.

[Noticia completa]

Actualizado ( Jueves, 03 de Noviembre de 2016 10:11 )  http://observatori.uv.es/index.php?option=com_content&view=article&id=7912%3Auna-supercomputadora-obtiene-un-perfil-de-la-materia-oscura&catid=52%3Anoticosmos&Itemid=74&lang=es

Un probable origen de la materia oscura

Posted on

Los púlsares de milisegundos, origen probable de la señal de materia oscura en el centro galáctico
5/2/2016 de Univerity of Amsterdam / Physical Review Letters

Gamma ray picture of the Milky Way, as seen by the NASA Fermi satellite. Inserts: two independent statistical analyses showed that the distribution of photons is clumpy rather than smooth, indicating that the excess gamma rays from the centre of our galaxy are unlikely to be caused by dark matter annihilation. (Image: Christoph Weniger, UvA, © UvA/Princeton)

Imagen de la Vía Láctea en rayos gamma, observada por el satélite Fermi. Recuadros: dos análisis estadísticos independientes demuestran que la distribución de fotones es grumosa y no suave, indicando que el exceso de rayos gamma del centro de nuestra galaxia probablemente no es causada por la aniquilación de materia oscura. Crédito: Christoph Weniger, UvA, © UvA/Princeton.

 

El sorprendente exceso de rayos gamma procedentes del centro de la Vía Láctea probablemente tiene su origen en estrellas de neutrones que giran rápidamente, llamadas púlsares de milisegundos, y no en la aniquilación de materia oscura como se había anunciado anteriormente. Esta es la conclusión alcanzada de los análisis de datos nuevos realizados por dos equipos independientes de investigadores de la Universidad de Amsterdam (UvA) y de la Universidad de Princeton con el Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT).

En 2009 observaciones llevadas a cabo con el Fermi Large Area Telescope revelaron un exceso de fotones de alta energía (o rayos gamma) de alrededor de 2 gigaelectronvolt en el centro de nuestra Galaxia. Durante mucho tiempo se especuló que este exceso de rayos gamma podía ser una señal de la aniquilación de materia oscura. Si fuese verdad, se trataría de un descubrimiento crucial en física fundamental y un gran avance en la comprensión de los componentes de la materia del universo.

Sin embargo en años recientes han surgido muchas otras hipótesis sugiriendo que el exceso de rayos gamma podría tener un origen más ordinario. Ahora nuevos análisis estadísticos de los datos de  Fermi llevados acabo por el Dr Christoph Weniger, profesor de UvA y por un equipo de investigadores de Princeton/MIT sugieren que el exceso de emisión tiene su origen realmente en fuentes puntuales. Los científicos concluyen que los mejores candidatos son púlsares de milisegundos.

Los púlsares de milisegundos, o estrellas de neutrones que giran rápidamente, se formaron con frecuencia hace miles de millones de años. Se cuentan entre los objetos más extremos de la Galaxia. Una población de cientos o miles de estos púlsares de milisegundos puede estar escondida en el centro galáctico, evitando ser detectada a causa de la sensibilidad de la instrumentación de que disponemos actualmente. Las futuras exploraciones en radio con telescopios ya existentes y otros que serán construidos en el futuro (Green Bank Telescope, Square Kilometre Array) podrán comprobar esta hipótesis en los próximos años.

En sus análisis, los equipos de UvA y de Princeton/MIT utilizaron cada uno una técnica estadística diferente, ‘ruído no poissoniano’ y ‘transformación con wavelets’ para analizar los datos de Fermi. Lo que encontraron es que la distribución de fotones era grumosa y no suave, indicando que es poco probable que los rayos gamma fueran producidos por colisiones entre partículas de materia oscura, que producirían una emisión más uniforme.

[Noticia completa]

Actualizado ( Viernes, 05 de Febrero de 2016 10:44 )  http://observatori.uv.es/index.php?option=com_content&view=article&id=7174%3Alos-pulsares-de-milisegundos-origen-probable-de-la-senal-de-materia-oscura-en-el-centro-galactico&catid=52%3Anoticosmos&Itemid=74&lang=es

Cúmulos de galaxias y materia oscura

Posted on

Los cúmulos de galaxias revelan datos nuevos acerca de la materia oscura
26/1/2016 de JPL / Physical Review Letters

 

This comparison of galaxy clusters from the Sloan Digital Sky Survey DR8 galaxy catalog shows a spread-out cluster (left) and a more densely-packed cluster (right). A new study shows that these differences are related to the surrounding dark-matter environment. Credit: Sloan Digital Sky Survey

 

Esta comparación de cúmulos de galaxias del catálogo de galaxias DR 8 del  Sloan Digital Sky Survey muestra un cúmulo disperso (izquierda) y otro más compacto (derecha). Un nuevo estudio demuestra que esas diferencias están relacionadas con el ambiente de materia oscura en el que se encuentran. Crédito: Sloan Digital Sky Survey.

 

La materia oscura es un fenómeno cósmico misterioso que da cuenta del 27 por ciento de toda la materia y la energía. Aunque la materia oscura está por todas partes a nuestro alrededor, no podemos verla ni sentirla. Pero los científicos pueden inferir la presencia de materia oscura viendo cómo se comporta la materia normal que la rodea.

Los cúmulos de galaxias, que reúnen miles de galaxias, son importantes para la exploración de la materia oscura porque residen en una región donde esta materia es mucho más densa que el promedio. Los científicos creen que cuanto más masivo es un cúmulo, más materia oscura posee. Pero una nueva investigación sugiere que la conexión es más complicada que eso.

Hironao Miyatake, del JPL de NASA y sus colaboradores, sugieren que la estructura interna de un cúmulo de galaxias está relacionada con la materia oscura que tiene a su alrededor. Se trata de la primera vez que se ha demostrado que hay una propiedad distinta de la masa del cúmulo que está también relacionada con la materia oscura.

Los investigadores estudiaron aproximadamente 9000 cúmulos de galaxias del catálogo de galaxias DR 8 del Sloan Digital Sky Survey, dividiéndolos en dos grupos según su estructura interna: uno en el que las galaxias individuales estaban más esparcidas dentro del cúmulo y otro en el que están más juntas entre sí.  Los científicos emplearon la técnica de lente gravitatoria – observando cómo la gravedad de los cúmulos desvía la luz de otros objetos más lejanos- para confirmar que ambos grupos tenían masa similares.
Al compararlos, los investigadores descubrieron una diferencia importante en la distribución de las galaxias. Normalmente los cúmulo de galaxias están separados de otros cúmulos unos 100 millones de años luz, en promedio. Pero en el caso del grupo de cúmulos con galaxias más juntas había menos cúmulos vecinos a esa distancia que en el caso de los cúmulos más dispersos.  “Esta diferencia es resultado de los diferentes ambientes de materia oscura en que se formaron los grupos de cúmulos. Nuestros resultados indican que la conexión entre un cúmulo de galaxias y la materia oscura que lo rodea no se caracteriza sólo por la masa del cúmulo sino también por la historia de su formación”, añade Miyatake.

[Noticia completa]

Actualizado:  http://observatori.uv.es/index.php?option=com_content&view=article&id=7136%3Alos-cumulos-de-galaxias-revelan-datos-nuevos-acerca-de-la-materia-oscura&catid=52%3Anoticosmos&Itemid=74&lang=es