Unos astrónomos han descubierto que la materia oscura conforma grumos mucho más pequeños que los conocidos previamente. El hallazgo confirma una de las predicciones fundamentales de la teoría de la materia oscura "fría".

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© Wolfgang Steffen/ UNAM
La investigación, a cargo del equipo de Tommaso Treu de la Universidad de California en Los Ángeles (UCLA) de Estados Unidos, se ha llevado un cabo utilizando el telescopio espacial Hubble de la NASA y una nueva técnica de observación.

Todas las galaxias, según la teoría de la materia oscura "fría", se forman dentro de nubes de materia oscura y permanecen en ellas. De acuerdo con dicha teoría, la materia oscura consiste en partículas de movimiento lento que se unen para formar estructuras que van desde cientos de miles de veces la masa de nuestra galaxia hasta grumos no más masivos que el peso de un avión comercial. En este contexto, "frío" se refiere a la velocidad lenta de las partículas.

La materia oscura es una forma invisible de materia que constituye la mayor parte de la masa del universo y crea el "andamiaje" sobre el que se forman las galaxias. Aunque los astrónomos no pueden ver la materia oscura, son capaces de detectar su presencia indirectamente al medir cómo su gravedad afecta a las estrellas y galaxias. Detectar aglomeraciones pequeñas de materia oscura mediante la táctica de observar estrellas ubicadas en ellas puede resultar muy difícil o incluso imposible, porque contienen muy pocas estrellas o ninguna.

Si bien se han detectado concentraciones de materia oscura alrededor de galaxias grandes y medianas, hasta ahora no se han encontrado aglomeraciones mucho más pequeñas de materia oscura. Ante la falta de evidencia observacional para tales "grumos" a pequeña escala, algunos investigadores han desarrollado teorías alternativas, incluida la de la materia oscura "caliente". Según esta teoría, las partículas de materia oscura se mueven demasiado deprisa como para poder fusionarse y conformar así concentraciones más pequeñas. Las nuevas observaciones no apoyan este escenario, ya que revelan que la materia oscura es "más fría" de lo que debería ser si fuera cierta la teoría de la materia oscura "caliente".

La búsqueda de concentraciones de materia oscura sin estrellas ha resultado ser un desafío. Los autores del nuevo estudio, sin embargo, utilizaron una técnica con la que no necesitaron examinar la influencia gravitacional de las estrellas como trazadores de materia oscura. El equipo observó a ocho distantes cuásares (regiones alrededor de agujeros negros activos que emiten enormes cantidades de luz). Los astrónomos midieron cómo la luz emitida por el oxígeno y el neón presentes en el gas que orbita cada uno de los agujeros negros de los cuásares se deforma por la gravedad de una galaxia masiva en primer plano, que actúa como una lente de aumento.

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© NASA, ESA, A. Nierenberg, T. Treu
Cada foto muestra cuatro imágenes distorsionadas de un cuásar de fondo, que rodean el núcleo de una galaxia masiva en primer plano. La gravedad de la galaxia en primer plano amplifica el cuásar, un efecto llamado lente gravitacional.
Detección de materia oscura

Usando este método, el equipo descubrió acumulaciones de materia oscura a lo largo de la línea de visión del telescopio hasta los cuásares, así como dentro y alrededor de las galaxias interpuestas que generaban ese efecto de lente gravitacional. Las concentraciones de materia oscura detectadas por el Hubble son de entre 1 diezmilésima y 1 cienmilésima parte de la masa del halo de materia oscura de la Vía Láctea. Es probable que muchas de estas pequeñas acumulaciones no contengan ni siquiera galaxias enanas y, por lo tanto, habrían resultado imposibles de detectar mediante el método tradicional de búsqueda de estrellas presentes en su interior.

La precisión de la alineación de los ocho cuásares y sus respectivas galaxias fue tan alta que el efecto de deformación, la citada lente gravitacional, produjo cuatro imágenes distorsionadas de cada cuásar.

La presencia de las concentraciones de materia oscura altera el brillo aparente y la posición de cada imagen de cuásar distorsionada. Los astrónomos compararon estas mediciones con predicciones de cómo se verían las imágenes del cuásar sin la influencia de la materia oscura. Además utilizaron las mediciones para calcular las masas de las pequeñas concentraciones de materia oscura.

Los cuásares se encuentran a unos diez mil millones de años-luz de la Tierra; las galaxias en primer plano, a tan solo unos dos mil millones de años-luz.

La cantidad de aglomeraciones pequeñas de materia oscura detectadas en el estudio ofrece más pistas sobre la naturaleza de esa misteriosa clase de materia. Sin embargo, el tipo de partículas de las que está hecha sigue siendo un enigma.

Los astrónomos podrán llevar a cabo estudios de seguimiento de la materia oscura utilizando futuros telescopios espaciales de la NASA, como el telescopio espacial James Webb y el telescopio WFIRST (Wide Field Infrared Survey Telescope).

En la investigación también han trabajado Anna Nierenberg (NASA), Daniel Gilman (UCLA) y Simon Birrer (UCLA).