El 70% del Universo es energía oscura y la Vía Láctea tiene 100 millones de agujeros negros

Imaginen plantar una semilla y ser capaces de predecir con gran precisión la altura exacta del árbol que crecerá a partir de ella. Ahora imaginemos poder viajar hacia el futuro y hacer una fotografía que demuestre que vuestra predicción era correcta. Si tomamos la semilla como el universo primitivo, y el árbol como el universo actual, podemos hacernos una idea de lo que la colaboración Dark Energy Survey (DES) acaba de hacer. En una presentación que tuvo lugar  en la reciente reunión de la American Physical Society Division of Particles and Fields en el Fermi National Accelerator Laboratory, cerca de Chicago, investigadores de DES mostraron la medida más precisa jamás hecha de la estructura a gran escala de la materia oscura del universo actual, según informa la revista Nature.

Esta medida de la cantidad y distribución de materia oscura en el cosmos actual se ha hecho con una precisión que, por primera vez, rivaliza con la de las medidas del universo primitivo hechas por la misión espacial Planck de la Agencia Espacial Europea (ESA). El nuevo resultado del DES (el árbol, en la metáfora anterior) está cerca de las “predicciones” para el universo actual hechas a partir de las medidas de Planck del pasado lejano (la semilla). Los nuevos resultados permiten a los científicos comprender más sobre las maneras en que el universo ha evolucionado durante más de catorce mil millones de años.

“Por un lado es emocionante poder confirmar las predicciones del modelo estándar y aportar los resultados más precisos sobre el ritmo de crecimiento de estructuras cósmicas”, ha declarado Enrique Gaztañaga, investigador principal en el Institut de Ciències de l’Espai (IEEC-CSIC). “Pero todavía no hemos encontrado una pista definitiva de por qué el universo se está acelerando.”

Mapa de la materia oscura realizada a partir de medidas de lente gravitatoria de 26 millones de galaxias por el Dark Energy Survey. El mapa cubre aproximadamente una trigésima parte de todo el cielo y abarca varios miles de millones de años luz en extensión. Las regiones rojas tienen más materia oscura que la media; las regiones azules, menos. Crédito de la imagen: Chihway Chang del Kavli Institute for Cosmological Physics de la Universidad de Chicago, y la colaboración DES.

Datos confirmados

Lo más notable es que este resultado apoya la teoría de que el 26 por ciento del universo se compone de una forma misteriosa de materia, conocida como materia oscura, y que el espacio está lleno de energía oscura, también invisible, que está causando la expansión acelerada del universo y que representa el 70 por ciento de su composición. La energía oscura, en su forma más simple, fue planteada como hipótesis por primera vez por Albert Einstein hace un siglo.

Paradójicamente, es más fácil medir la distribución de materia del universo en un pasado lejano de lo que es medirla hoy. En los primeros 400 000 años después del Big Bang, el universo estaba lleno de un gas incandescente, cuya luz sobrevive hasta nuestros días. El mapa de Planck de esta radiación cósmica de fondo de microondas nos da una instantánea del universo en ese momento temprano. Desde entonces, por un lado, la gravedad de la materia oscura ha atraído la masa y ha hecho que se formen estructuras en el universo a lo largo del tiempo.

Por otro lado, la energía oscura, con su efecto repulsivo, ha estado combatiendo la atracción de la materia. Usando el mapa de Planck como punto de partida, los cosmólogos pueden calcular con precisión cómo se ha desarrollado esta batalla entre materia y energía oscuras a lo largo de más de 14.000 millones de años. “Con estas fantásticas medidas, DES está empezando a mostrar la enorme capacidad que tiene para producir resultados que supongan un avance importante en nuestra comprensión del universo. Los próximos años nos pueden deparar sorpresas acerca del lado oscuro del universo”, ha dicho Eusebio Sánchez, el investigador responsable del proyecto en el CIEMAT.

Los nuevos resultados se basan únicamente en datos recogidos durante el primer año de observación y cubren una trigésima parte del cielo. Los científicos de DES utilizaron dos métodos para medir la materia oscura. Primero, crearon mapas de posiciones de galaxias, y segundo, midieron con precisión las formas de 26 millones de galaxias lejanas para cartografiar directamente los patrones de materia oscura a lo largo de miles de millones de años luz, usando una técnica llamada lente gravitacional.

Para realizar estas medidas de alta precisión, el equipo de DES ha desarrollado nuevas técnicas para detectar las diminutas distorsiones que las lentes gravitacionales producen en las imágenes que se obtienen de las galaxias lejanas, un efecto que ni siquiera es visible al ojo humano. “Con las medidas que hemos hecho, hemos contribuido a entender mejor la relación que hay entre las galaxias y la materia oscura, que es un elemento crucial para realizar este análisis cosmológico”, ha comentado Judit Prat, estudiante de doctorado en el IFAE y primera autora de uno de los artículos publicados.

The Dark Energy Survey mapped the shape of 26 million galaxies, including NGC 1398.
El Dark Energy Survey (DES) mapeó la forma de 26 millones de galaxias | Fuente: Nature

Agujeros negros en la Vía Láctea

De acuerdo a otra investigación, publicada en la Royal Astronomical Society, por James Bullock, de la Universidad de California, Irvine, el número de agujeros negros que se ubican en nuestra galaxia asciende a cien millones.

Para llegar a esta conclusión, el equipo de Bullock se basó en los descubrimientos realizados por el Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, o LIGO (Observatorio de Ondas Gravitacionales con Interferómetro Láser) que detectó por primera vez las ondas gravitaciones en 2015, al analizar la colisión entre dos agujeros negros cada uno con una masa 30 veces mayor que la del Sol.

Básicamente lo que hizo el equipo de Bullock fue calcular la masa de nuestra galaxia, ya que según explican en el estudio, el número de agujeros negros de una galaxia dependerá de su masa. Pero no solo de eso. También influye el tamaño. Las galaxias más grandes tienen muchas estrellas ricas en metales, y las más pequeñas están dominadas por grandes estrellas con pocos metales. Las estrellas que contienen muchos elementos pesados, como nuestro sol, arrojan mucha de esos elementos pesados a lo largo de su vidas y, cuando les llega el final, la materia que podría colapsarse es muy poca y se puede producir un agujero negro pequeño. En cambio, las grandes estrellas que no liberan parte de su pasa a lo largo de su vida, al morir colapsan “a lo bestia” y producen un agujero negro masivo.

“Tenemos una muy buena comprensión de la población total de estrellas en el universo – explica Bullok en un comunicado – y su distribución de masas a medida que nacen, así que podemos decir cuántos agujeros negros se han formado y sus diferentes tamaños. El número supera en millones lo que habíamos esperado. Si nuestros cálculos son correctos, en los próximos años se podrá detectar la colisión de enormes agujeros negros, con la masa de 50 soles”.

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