Las observaciones astrofísicas realizadas durante los últimos años han advertido la presencia de agujeros negros con millones, e incluso miles de millones, de masas solares desde que el universo tenía solo el 6 % de su edad actual, estimada en 13.700 millones de años. El hecho de que se hayan formado en periodos tan tempranos, explica Hai-Bo Yu, coautor del estudio, “rompe con las expectativas generales” sobre el comportamiento de un “agujero negro semilla y su velocidad de crecimiento”. En este sentido, la novedosa investigación, publicada en la revista ‘The Astrophysical Journal Letters’, sugiere que la formación de estos fenómenos supermasivos del universo primitivo fue provocada por el colapso de halos de materia obscura, la cual constituye el 85 % de la materia existente.

“A los agujeros negros les lleva tiempo crecer en masa mediante la acreción de la materia circundante […] Nuestro trabajo muestra que si la materia oscura tiene autointeracciones el colapso gravotérmico de un halo puede dar lugar a un agujero negro semilla suficientemente masivo” para alcanzar tales dimensiones en tan poco tiempo, explicó Yi-Ming Zhong, coautor de la investigación. A pesar de lo prometedor de los resultados, el equipo señaló que hace falta continuar con las investigaciones para conseguir nueva evidencia que confirme o refute su propuesta.

De hecho, estos especialistas estiman que se parecen más al modelo Ruffini-Argüelles-Rueda propuesto hace unos años, basado en la autogravitación de fermiones masivos neutrales y en el que las partículas denominadas darkinos (del inglés ‘dark’: ‘oscuro’, en español) se pueden aglomerar a una masa al menos 100 veces más grande que la de Sgt A* sin colapsar a un agujero negro.

“Esta carta muestra por primera vez que una concentración altamente densa de partículas de materia oscura ubicadas en el centro galáctico puede explicar la dinámica de las estrellas [cercanas] con una precisión similar (y, en algunos casos, mejor) en comparación con el modelo de un agujero negro central”, unos resultados que “refuerzan la naturaleza alternativa de Sgt A* como un núcleo cuántico denso de darkinos que reemplaza al escenario de un agujero negro masivo central”, señalan los científicos. “Existe el hecho adicional clave de que este mismo núcleo, la distribución en halo de darkinos de 56 kiloelectronvoltios, también explica las curvas de rotación de la Vía Láctea”, agregan estos investigadores.

Un modelo comúnmente aceptado de distribución de la energía del universo indica que un 5 % sería materia normal, un 25 % materia oscura y un 70 % energía oscura, unas proporciones que generan controversia entre los científicos. En septiembre de 2020, un informe elaborado por integrantes de la Universidad de California en Riverside (EE.UU.) determinó que la suma de las materias normal y oscura constituye el 31 % del universo, mientras que el 69 % restante sería energía oscura.

Recientemente, y en sus esfuerzos por develar los misterios de esta materia, un grupo de astrónomos de la ‘Universidad de Arizona’, en EE.UU., elaboró un nuevo mapa del halo galáctico, con datos de telescopios de la NASA y la Agencia Espacial Europea, que ha revelado una estela de estrellas que podría ayudar a entender su naturaleza, explica la institución en un artículo. Según los expertos, a medida que la Gran Nube de Magallanes se desplaza por el halo —ubicado en los confines exteriores de la Vía Láctea— su gravedad provoca una perturbación que va dejando un rastro como el que deja un barco al navegar sobre el agua. De acuerdo con Nicolás Garavito-Camargo, coautor de un estudio publicado en la revista ‘Nature’ al respecto publicado el mes pasado, se cree que esa estela “está formada por materia oscura y arrastra estrellas con ella”, lo cual permite detectarla.

“Las estrellas que se ven siguiendo a la Gran Nube de Magallanes en el nuevo mapa estelar son el contorno de esta estela de materia oscura, en la que estas ‘flotan’ sobre ella como restos flotantes en un océano invisible”, señala la Universidad de Arizona en su informe. Estudios anteriores sobre la posible distribución de la materia oscura a través del halo galáctico insinuaban la existencia de la estela con base en un modelo teórico, pero este nuevo mapa confirma su presencia y ofrece una vista detallada de su forma y tamaño. En la actualidad, los astrónomos están realizando pruebas para ver cuál de las teorías sobre la materia oscura se adapta mejor a la forma y ubicación de la estela. “Lo que ha sido una predicción puramente teórica ahora ha sido validado por datos de observación, proporcionando un argumento convincente para la existencia de materia oscura”, comenta Gurtina Besla, profesora en el Observatorio Steward de la Universidad de Arizona y también coautora de la investigación.

De este modo, ahora los científicos tiene la oportunidad de estudiar algo que no pueden ver: la materia oscura. Esta no emite, refleja ni absorbe la luz, pero el actual hallazgo refirma sus drásticos efectos gravitacionales sobre el movimiento de las estrellas y gas en el universo. Aunque sigue siendo un interrogante si está formada por partículas, como la materia que conocemos, y cuáles son sus propiedades, se presume que hace las veces de ‘andamio’ sobre el cual “se construyen las galaxias y sin el cual estas se separarían mientras giran”. “Es cinco veces más común en el universo que todo lo que es visible, incluidas las estrellas, los planetas y las nubes de gas”, comenta la universidad. Además de todo lo anterior, el recién elaborado mapa proporciona información vital sobre el destino de nuestra galaxia. La interacción entre la Gran Nube de Magallanes y la materia oscura tiene grandes implicaciones en este sentido, ya que la gravedad de esta última arrastra a la galaxia y la ralentiza a medida que orbita alrededor de la Vía Láctea. Tal y como explica la Universidad de Arizona, “esto hará que la órbita de la Gran Nube de Magallanes se haga cada vez más pequeña, según los astrónomos, hasta que la galaxia finalmente colisione con la Vía Láctea dentro de unos 2.000 millones de años”.

“La materia oscura puede consistir en formas previamente desconocidas de partículas subatómicas”, sugieren los investigadores en un artículo publicado este 27 de marzo en la revista ‘Science’. Los neutrinos obtenidos en condiciones de laboratorio no son los mejores candidatos a ingredientes de la materia oscura, igual que el hipotético neutrino estéril, otra partícula semejante sin carga.

Los autores destacan un estudio del 2014 que relacionaba a la materia oscura con unas enigmáticas emisiones de rayos X provenientes de otras galaxias, mientras que este nuevo equipo de físicos de la Universidad de Michigan y la de California se centró en nuestra Vía Láctea. Prestó atención concretamente a “las regiones del cielo en blanco” (o sea, totalmente oscuras) para poder registrar alguna radiación similar que tuviera sus fuentes en la materia oscura que está más cerca de nosotros. Si esta consistiera de neutrinos, también nos mandaría rayos X a medida que estas partículas se descomponen, supusieron los investigadores.

“Dondequiera que miremos, debería haber un flujo de materia oscura del halo de la Vía Láctea”, explicó uno de los participantes de este análisis, Nicholas Rodd, citado por el sitio informativo de la ‘Universidad de Michigan’. “Explotamos el hecho de que vivimos en un halo de materia oscura”. El grupo estableció un tiempo de exposición total de aproximadamente un año y sometió a prueba la hipótesis anterior, pero sin éxito. No hubo la señal esperada en los registros y el resultado del análisis se volvió inconsistente con la posibilidad de atribuir la fuente de rayos X a la materia oscura.

El coautor Benjamin Safdi asegura que este “hallazgo no significa que la materia oscura no esté hecha de neutrino estéril, pero sí que, al contrario de lo que se afirmó en 2014, hasta la fecha no hay evidencia experimental de su existencia”. Safdi comentó también a Vice que, si los neutrinos estériles se estuvieran desintegrando alrededor de nuestra galaxia, habrían dejado una huella extremadamente brillante en el conjunto de datos telescópicos, mientras que la búsqueda reveló “solo el espacio vacío”.

La mencionada conjetura del 2014 desató entre los científicos un debate sobre si la emisión registrada provenía de la materia oscura o de la materia ordinaria dentro de las galaxias en cuestión. Todavía es probable que aquellos rayos fueran de elementos específicos dentro de los gases calientes o interacciones entre el plasma caliente y las nubes de gases fríos. No obstante, el nuevo estudio deja a los científicos con dos incógnitas por resolver: los orígenes de ese resplandor misterioso y la verdadera identidad de la materia oscura.

Según apuntan los científicos en su estudio, cuyo resumen fue publicado este martes en el sitio web del centro educativo, la recién descubierta partícula subatómica, denominada hexaquark d-star, es un nuevo candidato factible para esta enigmática materia.

“El origen de la materia oscura en el universo es una de las preguntas más importantes de la ciencia y una que, hasta ahora, ha quedado en blanco”, afirmó el coautor del trabajo, profesor Daniel Watts, del departamento de física de la Universidad de York. “Este nuevo resultado es particularmente emocionante ya que no requiere ningún concepto nuevo para la física”, agregó. Muchas partículas, incluyendo protones y neutrones, están formadas por tres partículas aún más pequeñas llamadas quarks. Pero la recién descubierta partícula hexaquark, a su vez, está compuesta por seis de ellos en lugar de por tres como es lo habitual.

“Es importante destacar que los seis quarks en una d-star dan como resultado una partícula de bosón, lo que significa que cuando hay muchas d-star, se pueden combinar de formas muy diferentes a los protones y neutrones”, se explica en la página web de la Universidad de York. La teoría presentada por los científicos británicos sostiene que esto pudo haber sucedido poco después del Big Bang y, a medida que el universo se enfriaba y se expandía, una agrupación de numerosos hexaquarks produjo el condensado de Bose-Einstein, considerado como el quinto estado de la materia (al diferir de líquidos, gases, sólidos y plasma).

Ahora los investigadores tienen planes para confirmar este nuevo candidato a la materia oscura con estudios adicionales sobre cómo interactúan los hexaquarks, cuándo se atraen y cuándo se repelen. “Estamos dirigiendo nuevas mediciones para crear estrellas dentro de un núcleo atómico y ver si sus propiedades son diferentes a cuando están en el espacio libre”, indicó otro coautor del trabajo, el doctor Mijaíl Bashkánov, también del Departamento de Física de la Universidad de York.

“El universo de hoy está formado por filamentos, que agrupan las galaxias y parecen hilos desde lejos, y huecos donde parece que no hay nada”, reza un comunicado del ‘Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ)’ sobre la puesta en marcha del sistema simulador, que los autores apodaron Dark Emulator. Los objetivos específicos que plantean los autores es predecir la estructura del universo y entender cuáles son sus bordes y cómo se evolucionó y se expandió desde el Big Bang hasta llegar al momento actual.

El grupo que está a cargo de la IA tardó tres años en conformar, también con uso de una supercomputadora, una base de datos “extraordinariamente grande”, según dijo el investigador principal del proyecto, Takahiro Nishimichi. Debido a ese trabajo, ahora se pueden recrear esos datos “en una computadora portátil en cuestión de segundos”.

El científico nipón espera que “podamos abrirnos camino para descubrir el mayor misterio de la física moderna”, el cual es, en su opinión, “qué es la energía oscura”.

Por el momento, se trata de las regiones, sustancias y fuerzas del universo que no se pueden observar directamente. La rigurosidad científica y los cálculos no pueden demostrar siquiera que existan ambas materia y energía oscuras. Es todavía una hipótesis que la primera ayuda a mantener gravitacionalmente los cúmulos de galaxias en su lugar, mientras que la otra desempeña un papel en la forma en que el universo se expande.

“Determinar la naturaleza de la energía oscura, su posible historia en el tiempo cósmico es posiblemente la meta más importante de astronomía para la próxima década y se encuentra en la intersección de la cosmología, la astrofísica y la física fundamental”, planteó la NASA en su sitio web oficial.

El Dark Emulator ya ha mostrado resultados prometedores durante pruebas exhaustivas, aseguran los científicos, que incluyen a varios expertos del Instituto Kavli de Física y Matemáticas del Universo y otros del Observatorio Astronómico Nacional de Japón. Esta herramienta tardó precisamente segundos en modelar algunos de los efectos y patrones encontrados en varios proyectos de investigación anteriores. Aprende de grandes cantidades de datos y “adivina los resultados para nuevos conjuntos de características”. Además, Nishimichi admite que el método desarrollado por su equipo puede resultar útil incluso en las ciencias sociales.

“Hemos encontrado que la luz muy tenue en los cúmulos de galaxias, la luz intracumular, mapea cómo se distribuye la materia oscura”, explicó Montes, quien también es la autora principal de un estudio al respecto, que fue recientemente publicado en la revista ‘Monthly Notices de la Real Sociedad Astronómica del Reino Unido’.

En las últimas décadas, los astrónomos han tratado de comprender la verdadera naturaleza de la materia oscura, la misteriosa sustancia que constituye aproximadamente el 85% de la materia en el universo, así como mapear su distribución en el universo.

Montes junto con su colega del Instituto de Astrofísica de Canarias, el español Ignacio Trujillo, empleó un método revolucionario que consiste en utilizar solamente imágenes profundas. El citado modo podría ayudar a comprender esta invisible fuente de gravedad.

La luz intracumular es un subproducto de las interacciones entre galaxias. En el curso de estas interacciones, las estrellas individuales son despojadas de sus galaxias y flotan libremente dentro del cúmulo. Una vez libres de sus galaxias, terminan donde, en forma de materia oscura, reside la mayoría de la masa del cúmulo.

“La razón por la que la luz intracumular es un rastreador tan excelente de la materia oscura en un cúmulo de galaxias es que tanto la materia oscura como las estrellas que forman la luz intracumular, flotan libremente en el potencial gravitacional del propio cúmulo, por lo que siguen exactamente la misma gravedad”, subrayó Montes.

Los resultados del estudio significan que tan solo mediante el uso de observaciones de imágenes profundas de los cúmulos de galaxias los astrofísicos pueden mapear con precisión dónde reside la materia oscura.

“Hemos encontrado una nueva forma de ver el lugar donde debería estar la materia oscura, porque está rastreando exactamente el mismo potencial gravitatorio. Podemos iluminar, con un brillo muy débil, la posición de la materia oscura”, concluyó la científica.

“Si [Albert] Einstein tenía razón al 100 %, entonces la energía oscura es invariable y perpetua” pero, “¿y si solo estuviera en lo cierto en, digamos, un 99,99 %?”, ha expresado Alexéi Starobinski, del Instituto Landau de Física Teórica de la Academia de Ciencias de Rusia y director de esa investigación.

En el Universo “existe tanta energía oscura” que, si a lo largo de los 14.000 millones que pasaron desde la Gran Explosión una ínfima parte se hubiera transformado en partículas elementales, “tendríamos una nueva fuente de energía colosal”.

A finales del siglo XX, algunos astrofísicos llegaron a la conclusión de que el Universo se expande de manera acelerada y, hoy en día, ciertos científicos atribuyen este hecho a la energía oscura, que produce un efecto de ‘antigravedad’.

Para precisar este punto, en 2016 el astrofísico estadounidense Adam Reiss y sus colegas realizaron mediciones de las estrellas variables Cefeida y calcularon que la distancia entre dos galaxias se incrementa a razón de 73 kilómetros por segundo.

Por otro lado, las observaciones realizadas por otros especialistas con la ayuda de los telescopios WMAP y Planck muestran que la velocidad sería de 69 kilómetros por segundo.

Para explicar esta inconsistencia, el equipo de Alexéi Starobinski admitió la posibilidad de que, contrario a la teoría de Einstein, las propiedades de la energía o la materia oscuras podrían haber cambiado desde que se produjo el Big Bang y habrían acelerado la expansión del Universo.

El modelo del universo presupone tres tipos de materia: la bariónica, la oscura y la energía oscura. De hecho, se estima que la masa del universo cuenta solo con un 4,6% de la materia bariónica. Las observaciones de la parte visible del universo muestran solo la mitad de aquel porcentaje.

Los científicos de la Universidad de Edimburgo y del Instituto de la Astrofísica Espacial de Orsay han demostrado una de las hipótesis sobre el paradero de la materia bariónica a partir del efecto Siunyáiev-Zeldóvich, bautizado en honor de dos astrofísicos soviéticos en los años 1970.

Grandes cantidades de esta materia, las galaxias y sus aglomerados, están conectadas con largos filamentos de materia oscura. Los científicos han supuesto que estos hilos también podrían contener materia bariónica: en concreto, gas iónico que emite una radiación de alta energía.

Los astrónomos han comprobado la presencia de iones de materia bariónica en los filamentos de la energía oscura con la ayuda del método de radiación de fondo de microondas. Los científicos encontraron pares de galaxias que se ubican a la misma distancia de la Tierra y calcularon el cambio de la intensidad de esta radiación con datos de la nave espacial Planck.

Ambos grupos verificaron que en los espacios entre las galaxias sí existen filamentos de gas iónico, en los cuales la densidad de la materia bariónica es tres o seis veces mayor que el promedio del espacio exterior, dependiendo de los resultados obtenidos por cada uno de los grupos. De esta manera, esta materia escondida basta para explicar la ausencia de la mitad de toda la materia bariónica del universo.

Esta imagen compuesta –que combina una serie de imágenes individuales- confirma la teoría que apuntaba que las galaxias del Universo están unidas entre sí a través de una red cósmica formada por materia oscura. Hasta la fecha, esta había sido imposible de observar.

Se estima que la materia oscura –que no absorbe ni refleja la luz- compone hasta el 25% del Universo. De no ser por la gravedad, sería en gran parte indetectable. “Esta imagen nos lleva más allá de las predicciones, hasta algo que podemos ver y medir”, sostiene Mike Hudson, profesor de Astronomía de la Universidad de Waterloo.

Para lograr su objetivo, el equipo se ha servido de la utilización de una técnica llamada lente gravitacional débil (en inglés, ‘weak gravitational lensing’), “un efecto que hace que las imágenes de galaxias distantes se deformen ligeramente bajo la influencia de una masa invisible como un planeta, un agujero negro, o en este caso, la materia oscura”, explica el portal especializado.

Finalmente, los científicos combinaron imágenes de lente de más de 23.000 pares de galaxias a 4.500 millones de años luz de distancia para crear esta imagen compuesta. Los resultados muestran que el puente es más fuerte entre los sistemas que están a menos de 40 millones de años luz de separación.

Asimismo, el estudio establece que, además de permitir ver a los filamentos de la materia oscura, esta técnica también permite conocer en qué medida estos filamentos conectan a las galaxias del Universo.