Astrónomos descubren una galaxia masiva compuesta por materia oscura

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Un equipo de astrónomos ha encontrado una galaxia cercana –en la constelación de Coma– que tiene una masa muy similar a la que tiene nuestra galaxia la Vía Láctea, pero contiene menos del 1% de sus estrellas.

La galaxia encontrada emite energía de forma muy débil y ha evadido ser detectada durante décadas. Ahora, el equipo que está detrás del descubrimiento tratan de descifrar cómo es que su falta de estrellas no ha hecho que esta galaxia desaparezca. Una de las conclusiones a las que han llegado es que está formada por 99,99% de materia oscura.

Se estima que la materia oscura conforma el 27% de toda la materia y la energía que se puede observar en el universo. De ella podemos inferir su existencia debido a que detectamos solamente su fuerza gravitatoria, mientras que no podemos detectar alguna forma de luz o radiación.

A pesar de todos los años que se han investigado, no tenemos hasta ahora ninguna idea qué es realmente la materia oscura. Sólo sabemos que esta materia invisible es crucial para la estabilidad del universo.

Las galaxias giran tan rápido que únicamente por la fuerza de gravedad nos podemos explicar el hecho de que permanezcan unidas y cohesionadas. Algo más debe de estar sujetándolas, algo más que también mantiene a la estructura del universo mismo cohesionada. Una de las respuestas que dan los científicos a esta realidad, es precisamente, la existencia de materia oscura.

De hecho, el Modelo Estándar de la Cosmología sugiere que existe mucha materia oscura en el Universo donde por cada gramo de átomo que existe, hay al menos cinco veces más de materia oscura.

Ahora los científicos han encontrado una galaxia que está hecho casi completamente por esta materia.

Llamada “Dragonfly 44”, la galaxia fue descubierta en 2014, cuando un equipo de astrónomos, utilizando el Observatorio Keck  y el Telescopio Gemini norte situado en Manuakea, Hawaii, localizó un gran número de galaxias  denominadas“mullidas” o “suaves” en una región llamada el “Cúmulo Coma”, que se encuentra a unos 320 millones de años luz.

“Si la Vía Láctea es un mar de estrellas, entonces estas nuevas galaxias descubiertas son como jirones de nubes”, afirma uno de los investigadores, Pieter van Dokkum de la Universidad de Yale.

“Nos estamos haciendo algunas primeras ideas de cómo se formaron y es notable que hayan sobrevivido”, añade el investigador.

“El descubrimiento se enmarca por una región bastante densa y violenta del espacio llena de materia oscura y galaxias zumbando alrededor, por lo que creemos que deben estar envueltas en su propio escudo de materia oscura que las protege de un asalto intergaláctico”.

Ahora van Dokkum y su equipo han tenido la oportunidad de poner a prueba sus hipótesis y averiguando la masa de “Dragonfly 44” afirman que tienen suficiente evidencia para sugerir que realmente la materia oscura realmente está uniendo o “pegando” la galaxia entera.

Los científicos midieron también la velocidad de las estrellas en “Dragonfly 44” durante 33.5 horas durante un periodo de seis noches, y han utilizado esta información para calcular la masa completa de la galaxia en cuestión.

Un incremento en la velocidad de un objeto producirá que este incremente su energía de movimiento y por lo tanto su masa, lo que significa que entre más rápido vayan estas estrellas, más masiva será la galaxia en la que se encuentran.

Habiendo medido la velocidad de las estrellas de “Dragonfly 44” a una velocidad de 47 kilómetros por segundo, el equipo a podido calcular que es alrededor de 1 trillón de veces más masivo que el Sol, bastante más pesado para mantenerse unido sin la presencia de la materia oscura que es la que en realidad ayuda a esta galaxia a permanecer cohesionada.

“El movimiento de las estrellas te dice cuánta materia hay ahí”, afirmó van Dokkum en una entrevista concedida al periodista Avery Thompson de la revista Mecánica Popular, donde también ha señalado que “no les importa la forma que tiene la materia, simplemente nos está diciendo que está ahí. Utilizando el Telescopio Keck, encontramos muchísima más masa señalada por el movimiento de las estrellas que la masa que en realidad hay ahí producto de la presencia de esas estrellas”.

Habiendo estimado que la galaxia necesita estar formada por 99,99 % de materia oscura para permanecer intacta, el equipo ha encontrado oficialmente la galaxia más oscura de que hasta hoy se tengan noticias, ya que una galaxia muy parecida fue encontrada hace unos años en el llamado Cúmulo de Virgo con un 99,96% de materia oscura.

Este descubrimiento, a pesar de lo maravilloso que resulta, produce más preguntas que respuestas. Ahora mismo, todo candidato potencial para ser considerado materia oscura, ha fallado para producir suficiente evidencia para explicar de qué está hecho y, hasta ahora, las únicas galaxias formadas por materia oscura que hoy conocemos han sido muy pequeñas.

“Dragonfly 44” es grande, y nadie puede saber ahora cómo pudo hacerse tan grande, y permanecer grande, con tan poca materia visible.

“Es difícil argüir o estar en desacuerdo con las últimas observaciones, sin embargo, la conclusión a la que llega este trabajo va en contra de mi entendimiento sobre cómo se forman las galaxias”, afirma la astrónoma de la Universidad de Yale, Marla Geha, quien, por cierto, no estuvo implicada en el descubrimiento.

Geha también afirma que “yo espero que estos objetos sean más bien raros y que solamente se formen en ambientes especiales como los cúmulos densos de galaxias, de otra forma tendremos que reescribir la historia de cómo se forman las galaxias”, concluye.

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Traducido y editado por Julio Moll. 

Referencia: http://www.sciencealert.com/astronomers-have-discovered-a-massive-ghost-galaxy-that-s-99-99-percent-dark-matter

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Nuevo estudio de galaxias trae más luz sobre el origen de la materia oscura

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Esta imagen del telescopio Espacial Hubble muestra el cúmulo de galaxias de Abel 3827. Las extrañas estructuras azules pálido que rodean las galaxias centrales son lentes gravitacionales que muestran a galaxias aún más distantes que se encuentran fuera del cúmulo. La distribución de la materia oscura en el cluster se puede apreciar a través de contornos de líneas azules.

 

Por primera vez podría haberse observado materia oscura interactuando con más materia oscura de una manera que no es a través de la fuerza de gravedad. Las observaciones de galaxias en colisión realizadas por el Telescopio Espacial Hubble han recogido las primeras pistas sobre la naturaleza de este misterioso componente del Universo.

Utilizando el instrumento MUSE de un importante telescopio ubicado en Chile, además de fotografías del Telescopio Hubble, un equipo de astrónomos estudiaron  la colisión simultánea de cuatro galaxias en el cúmulo de galaxias llamado Abel 3827. El equipo pudo trazar donde se encuentra la masa en este sistema y comparar la distribución de la materia oscura con la posición de las luminosas galaxias.

Sin embargo, la materia oscura no pudo ser vista; el equipo pudo deducir su localización utilizando una técnica llamada “lentes gravitacionales”. Es importante decir que la masa de la materia oscura alrededor de las galaxias que chocaron distorsionan de forma severa el espacio-tiempo, desviando el camino de los rayos de luz que provienen de las galaxias que se encuentran en el fondo y distorsionando su imagen en forma de arcos de luz.

Los científicos creen que todas las galaxias existen dentro de grumos de materia oscura. Sin el efecto de atracción de la gravedad que produce la materia oscura, las galaxias como la Vía Láctea se desgarrarían producto de la rotación que experimentan. Para prevenir esto, el 85% de la masa del Universo existe en forma de materia oscura y su naturaleza sigue siendo un gran misterio.

En este estudio, al que nos hemos referido ya en párrafos anteriores, los investigadores observaron a las cuatro galaxias en colisión encontrando que un grumo de materia oscura apareció rezagado  y desfasada, detrás de la galaxia que rodeaba. La materia oscura está actualmente a unos 5,000 años luz detrás de la galaxia. Esto quiere decir que, por primera vez, se da cuenta de que la materia oscura puede repelerse así misma.

El desfase o retraso entre la materia oscura y su galaxia asociada es predicha durante colisiones si la materia oscura interactúa consigo misma, aunque sea muy poco, a partir de fuerzas distintas a la gravedad.

Los investigadores han asegurado que se necesitan más investigaciones de los efectos que producen este desfase. Observaciones similares de más galaxias y simulaciones por computadora de choques entre galaxias también se tienen que realizar.

Uno de los miembros del equipo, Liliya Williams de la Universidad de Minesota, señala: “Sabemos que la materia oscura existe debido a la forma en la que interactúa gravitacionalmente, ayudando a darle forma al Universo, y seguimos sabiendo muy poco qué es realmente la materia oscura. Nuestra observaciones sugieren que la materia oscura podría interactuar con fuerzas que no son la fuerza de gravedad, lo que significa que podríamos descartar algunas teorías claves sobre lo que la materia oscura debiera ser”.

Hay que decir como dato importante que, de acuerdo con lo que señalan los científicos que el universo está conformado por un 68% es energía oscura (que sería responsable de la expansión acelerada de éste), 27% de materia oscura y 5% de materia ordinaria.

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Traducido y editado por Julio García. 

Referencia: http://www.sciencedaily.com/releases/2015/04/150414212154.htm?utm_content=bufferb282e&utm_medium=social&utm_source=facebook.com&utm_campaign=buffer

Recrean el universo en el laboratorio

 

Un equipo internacional de astrónomos ha creado la simulación visual más completa de cómo evoluciona el universo.

El modelo computacional muestra cómo se formaron las primeras galaxias alrededor de una sustancia invisible llamada materia oscura.

Esta es la primera vez que el universo ha sido modelado de manera tan puntual y con resoluciones tan altas. Ya, desde hace más de 20 años, los cosmólogos se han dedicado a crear modelos de cómo evolucionó el cosmos, pero esta es la primera vez que se logra un modelo donde se pueden distinguir diferencias en cuanto a la forma de las galaxias, además de que se logra reproducir cómo se creó la materia ordinaria a partir de grandes explosiones de materia oscura a la hora en que ésta fue succionada por agujeros negros.

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La imagen de la izquierda es una fotografía del universo profundo tomada por el telescopio Espacial Hubble, mientras que, la de la derecha es producto de la simulación por computadora. Como se puede observar, no hay diferencias entre una y otra.

En el modelo, la materia oscura se aprecia como las ramas de inmensos árboles. Conforme fueron pasando los millones de años, la materia oscura comenzó a formar inmensos racimos que le dieron vida a las primeras galaxias.

Luego comenzó a surgir lo que no es materia oscura, que no es otra cosa que la materia ordinaria: aquella que la vida a las estrellas, los planetas y, por supuesto, a los seres humanos.

De acuerdo con el astrofísico Mark Vogelsberger, del Instituto de Tecnología de Massachussetts, quien encabezó el estudio, la simulación respalda muchas de las teorías cosmológicas actuales.

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La simulación también ha sido capaz de captar detalles con gran resolución de las galaxias, como aquí se muestra.

“Muchas de las galaxias simuladas coinciden muy bien con las galaxias en el universo real. Nos dicen que el conocimiento básico del universo es ahora correcto y completo”.

En particular, apoya la teoría de que la materia oscura es el andamio en el que el universo visible se sostiene.  En este sentido, “si no incluyes a la materia oscura en esta simulación no parecerá que el universo que estamos representando sea real”, sostiene.

De hecho, esta es la primera vez que se puede observar cómo emerge la materia visible a partir de la materia oscura.

También ayudará a los cosmólogos a entender mejor otra fuerza misteriosa llamada energía oscura que está produciendo que el universo se expanda cada vez a mayor velocidad.

El trabajo sobre la simulación ha aparecido publicado en la revista Nature.

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Traducido y editado por Julio García.

Referencias: BBC, http://www.esmateria.es

 

En el corazón de la Vía Láctea habría materia oscura

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Del lado izquierdo de este cuadro aparece una imagen de rayos gamma con una energía de entre 1 y 3,16 GeV, encontrada en el centro de la Vía Láctea. El color rojo indica las zonas donde se concentra con mayor cantidad la energía. En la imagen del lado derecho se eliminó intencionalmente cualquier fuente rayos gamma, por lo que la energía que se sigue produciendo es debido a la presencia de materia oscura.

Los astrónomos tienen, hoy, una de las mayores pistas sobre la naturaleza de la materia oscura, la extraña e invisible propiedad o cosa que domina e impregna el universo material.

El centro de nuestra Vía Láctea genera una mayor cantidad de rayos gamma de lo que puede ser explicado a través de fuentes convencionales como, por ejemplo, los remanentes de supernovas o las superdensas estrellas de neutrones conocidas como pulsares. Este exceso de materia oscura podría ser producida por la aniquilación y el choque de partículas y antipartículas.

La materia oscura- que se cree forma más del 80 por ciento de la materia del universo- ha sido bautizada así debido a que, en apariencia, no emite ni absorbe luz. De hecho no puede ser captadas por los telescopios actuales. 

Los científicos intuyen su existencia debido a que ejerce una fuerza de gravedad sobre la materia ordinaria. 

Los rayos gamma, la luz más energética del universo, también provee de otro método potencial de detección. Por otro lado, muchos científicos piensan que la materia oscura está compuesta fundamentalmente por las llamadas Partículas Masivas Débiles también conocidas como WIMP´s. La teoría sugiere que algunos tipos de WIMP´s se aniquilan cuando chocan unas con otras, mientras que otros generan una partícula secundaria que decae muy rápido cuando se produce la interacción. 

En este nuevo estudio, los investigadores utilizaron datos del Telescopio de Rayos Gamma Fermi con la finalidad de hacer mapas del centro de la Vía Láctea en longitudes de onda donde se manifiestan los rayos gamma. 

Los mapas revelan un “exceso” de emisiones de rayos gamma que se extienden unos 5,000 años luz desde el centro de nuestra galaxia. 

El exceso de rayos gamma puede ser explicado por la aniquilación de partículas de materia oscura con una masa de 31 a 40 mil millones de electrovoltios. 

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Traducido y editado por Julio García.

Referencia: Space.com

¿Es el bosón de Higgs la fuente de la energía oscura? Un nuevo estudio dice que sí

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Uno de los grandes misterios de la física de partículas y de la cosmología actual es saber por qué la energía oscura, que domina toda la energía del universo, tiene un valor que es de casi cero. Este valor es tan pequeño que probablemente tenga 120 órdenes de magnitud menos de lo que se esperaría en física fundamental. Este problema, llamado problema de la constante cosmológica, ha traído de cabeza a los científicos durante mucho tiempo.

Pero ahora, dos físicos reconocidos en el mundo, Lawrence Kauss de la Universidad Estatal de Arizona y James Dent de la Universidad de Louisiana, han sugerido que el recientemente descubierto Bosón de Higgs podría explicar algunos de los atributos de la enigmática energía oscura y podría ayudar a resolver el problema de la constante cosmológica,

Krauss y Dent exploran la posibilidad de una conexión entre la partícula de Higgs y una nueva partícula que podría estar asociada con lo que comúnmente se conoce como la Teoría de la Gran Unificación que posee una escala de, quizá, 16 órdenes de magnitud menor al tamaño de un protón, y en la que convergerían las 3 grandes fuerzas de la naturaleza (electromagnetismo, la fuerza nuclear débil y la fuerte) pero exceptuando a la gravedad. La unificación de estas tres fuerzas resultaría en la existencia en un nuevo campo que se añadiría al actual campo Higgs y que contribuiría como densidad de energía para el espacio vacío o para corregir la actual densidad de energía,

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El físico estaoduninde Lawrence Krauss, uno de los autores del estudio. /Crédito: hyeroglyph.edu

En este sentido, las actuales observaciones del universo muestran que se expande a una velocidad acelerada. Pero esta aceleración no puede ser producto únicamente de la presencia de materia, ya que poner energía en el espacio vacío produce una fuerza de gravedad repulsiva que es opuesta a la fuerza producida por la materia, incluyendo a la materia oscura que domina la masa de todas las galaxias, pero que no puede interactuar con la luz y de la que solamente se puede conocer su existencia por la influencia de su gravedad.

Debido a ese fenómeno, y debido a lo que actualmente podemos saber del universo, se piensa que la llamada energía oscura contribuye con más del 70 por ciento de toda la densidad de energía que hay en el universo. La materia observable solamente contribuye con el 5% y el restante 25% proviene de la materia oscura.

“Nuestra investigación hace progresos en uno de los aspectos de este problema. Ahora que se ha descubierto el Bosón de Higgs, abrimos una nueva puerta para analizar la física a escalas de energía mucho más altas, donde podríamos encontrar nuevos campos escalares que operarían en estas nuevas dimensiones”, afirma Lawrence Krauss.

“Lo que hemos demostrado es que donde se mezcla lo más simple, que está relacionado con las proporciones en las que opera la física electrodébil, y posiblemente también la fuerza de Gran Unificación, se produce energía en el vacío que corregiría el orden de magnitud o la cantidad de energía oscura existente.

En otras palabras: la teoría de Krause y su colega pretende comprender el origen de la energía y el autor afirma que su constructo teórico es solamente un paso en la dirección para comprender este misterio. Resolverlo significaría unificar todas las cuatro teorías sobre el Universo, algo así como el Santo Grial de la física.

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Traducido y editado por Julio García.

Referencia: Daily Galaxy. 

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