¿Qué pasa con las galaxias y la materia oscura? La mayoría, si no todas, las galaxias están rodeadas por halos de esta sustancia misteriosa, desconocida pero ubicua. También jugó un papel en la formación de galaxias. Los astrónomos aún están descubriendo la naturaleza de esta función. Hoy, exploran el universo naciente, buscando las galaxias más pequeñas y brillantes. Esto se debe a que puede ayudar a contar la historia del papel de la materia oscura en la creación de galaxias.
Un equipo internacional de astrónomos dirigido por Smadar Naoz de la Universidad de California en Los Ángeles está realizando simulaciones de la formación temprana de galaxias. Sus programas informáticos rastrean las condiciones de los nacimientos galácticos poco después del Big Bang. Estos modelos de computadora «calientes» incluyen algunas arrugas nuevas. Tiene en cuenta las interacciones previamente ignoradas entre la materia oscura y la “materia” primordial del universo. Serían gas hidrógeno y helio. El resultado de las simulaciones: las galaxias pequeñas y brillantes se formaron más rápidamente que los modelos informáticos que no incluían estos movimientos. Ahora los astrónomos sólo necesitan encontrarlo, utilizando el Telescopio Espacial James Webb, para intentar ver si sus teorías sobre la materia oscura se sostienen.
Interacciones de la materia oscura con la materia bariónica supersónica
¿Cómo podrían marcar la diferencia las interacciones entre la materia bariónica y la materia oscura? He aquí una posible historia: en el universo primitivo, las nubes de gas se movían a velocidades supersónicas a través de acumulaciones de materia oscura. Rebotó en la materia oscura. Finalmente, después de millones de años, el material gaseoso se volvió a unir para formar estrellas en una explosión de nacimiento de estrellas. Las simulaciones del equipo rastrean la formación de esas galaxias inmediatamente después del Big Bang.
El equipo de Naos cree que la existencia de estas galaxias más pequeñas, más brillantes y más distantes podría confirmar el modelo de la llamada “materia oscura fría”. Esto indica que el universo estaba en un estado denso y caliente que contenía sólo gases después del Big Bang. Con el tiempo, evolucionó hasta convertirse en una distribución grumosa de galaxias (y, finalmente, cúmulos de galaxias). En el camino se formaron estrellas y galaxias, pero los primeros pasos probablemente dependieron de la interacción gravitacional con la materia oscura. Si las interacciones supersónicas diseñadas por el equipo de Nanos realmente ocurren, el resultado serán estas pequeñas galaxias.
Simulación de formación de galaxias e influencia de la materia oscura.
El Telescopio Espacial James Webb ha visto algunas galaxias muy tempranas durante su funcionamiento. Los más antiguos aún no han sido descubiertos. Sin embargo, las imágenes que proporcionan son pistas tentadoras de lo que pudo haber existido en épocas anteriores y podrían proporcionar información sobre el papel de la materia oscura. Por lo tanto, tiene sentido que los astrónomos quieran retroceder su visión en el tiempo lo más posible. Esto significa buscar puntos de luz brillantes que existieron unos cientos de millones de años después del Big Bang.
«La detección de parches de galaxias pequeñas y brillantes en el universo temprano confirmará que estamos en el camino correcto con el modelo de materia oscura fría porque sólo la velocidad entre dos tipos de materia puede producir el tipo de galaxia que estamos buscando», dijo Nose. «Si la materia oscura no se comportara como la «materia oscura fría estándar» y no existiera el efecto de flujo, no se encontrarían estas brillantes galaxias enanas y tendríamos que volver a la mesa de dibujo».
En un artículo de Claire Williams, miembro del equipo y primera autora (publicado en Cartas de revistas astrofísicas) El equipo sugiere que los científicos que utilizan el telescopio espacial James Webb comiencen a buscar galaxias que sean más brillantes de lo esperado. Si existen, esto probablemente probaría que las interacciones ocurrieron temprano en el tiempo cósmico. Si no se encuentra nada, es posible que los científicos aún no puedan comprender las interacciones de la materia oscura. La gran pregunta a responder es, si existen, ¿cómo se formaron tan rápidamente y por qué son tan brillantes?
Fluye a través de corredores de materia oscura
Examinemos esto observando el papel de la materia oscura. El modelo cosmológico estándar dice que la atracción gravitacional de los grupos de materia oscura en el universo primitivo atraía la materia ordinaria. Con el tiempo, esto condujo a la formación de estrellas, seguidas de galaxias. Se cree que la materia oscura se mueve más lentamente que la luz. Por lo tanto, los astrónomos esperaban que los procesos de formación de estrellas y galaxias se produjeran de forma muy gradual. Al menos eso es lo que sugieren las simulaciones anteriores.
Pero, ¿y si algo más sucediera hace más de 13 mil millones de años? ¿Cómo cambiará esto las cosas? Fue una época anterior a la formación de las primeras galaxias. Pero esa era la época en que la materia ordinaria en forma de grandes densidades de gas hidrógeno y helio fluía a través del universo en expansión. Rebotó en grupos de materia oscura que se movía lentamente y excedió su atracción gravitacional, al menos por un tiempo. La materia bariónica volvió a agruparse bajo la influencia de la materia oscura. Fue entonces cuando comenzaron los fuegos artificiales y los nacimientos de estrellas.
«Si bien el flujo suprimió la formación de estrellas en las galaxias más pequeñas, también impulsó la formación de estrellas en las galaxias enanas, haciendo que superaran a las zonas sin flujo en el universo», dijo Williams. Básicamente, el gas acumulado comenzó a desprenderse después de millones de años. Esto provocó una gran explosión en la formación de estrellas. Muchas estrellas jóvenes, masivas y calientes comenzaron a brillar, eclipsando a las estrellas de otras galaxias pequeñas. En última instancia, lo que esto significa es que, dado que es imposible «ver» la materia oscura, esos puntos brillantes de las galaxias podrían ser una prueba indirecta de su existencia. Demostrarán el papel que jugó la materia oscura en la creación de galaxias.
Encuentra esos puntos brillantes
Nadie ha visto exactamente lo que buscan Naoz y el equipo todavía. Una vez que lo hagan, contribuirán en gran medida a proporcionar información sobre el papel de la materia oscura fría. «La detección de parches de galaxias pequeñas y brillantes en el universo temprano confirmará que estamos en el camino correcto con el modelo de materia oscura fría porque sólo la velocidad entre dos tipos de materia puede producir el tipo de galaxia que estamos buscando», dijo Nose.
Por supuesto, el Telescopio Espacial James Webb es un telescopio ideal para ayudar a ver estas galaxias. Debería poder observar regiones del universo donde las galaxias jóvenes y nacientes son más brillantes de lo que esperan los astrónomos. Este intenso brillo ayudará al telescopio espacial James Webb a detectarlos, mostrándolos mientras se mira hacia atrás, a una época en la que el universo tenía sólo unos pocos cientos de millones de años. Dado que es imposible estudiar la materia oscura directamente, la búsqueda de esos puntos brillantes de las galaxias nacientes en el universo primitivo podría proporcionar una prueba eficaz de las teorías sobre la materia oscura y su papel en la formación de las primeras galaxias.
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