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rafa95jur

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Encuentran la fraccin perdida de la materia del Universo

by rafa95jur in Others
24 by August by 2018 10:59:19

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Nuestro planeta gira en todo momento alrededor del Sol, ajeno al ruido de los efmeros asuntos humanos y de los monstruosos procesos que mantienen viva a la Va Lctea. Pero tanto los telescopios como los supercomputadores muestran que ah fuera, en el reino de estrellas, galaxias, supernovas y agujeros negros, la mayora de lo que hay es desconocido e invisible. Ni siquiera est hecho de lo que conocemos, la materia barinica, aquella compuesta por tomos, protones y electrones. De hecho, el 70 por ciento de la energa y la materia del Universo existe en forma de energa oscura, el fenmeno que explica su expansin. El 25 por ciento est en forma de materia oscura, una entidad que origina la gravedad que ha permitido la formacin de galaxias. Solo el cinco por ciento restante es materia barinica: es lo que vemos con aspecto de estrellas, planetas y gas. Parece que lo visible vive gracias a fuerzas invisibles que no se comprenden.

Pero, en realidad, ni siquiera conocemos toda la materia convencional. El 40 por ciento de la materia barinica que debe de existir no se puede atisbar por ninguna parte. La suma de galaxias, estrellas y nubes de gas, fuera y dentro de galaxias, halos y cmulos, no permite que los clculos cuadren. Sin embargo, un artculo que se acaba de publicar en Nature parece haber dado con la fraccin perdida de la materia del Universo. Los cientficos han encontrado evidencias de la presencia de una fraccin de gas caliente situado entre galaxias (gas caliente intergalctico), invisible hasta ahora, y que podra convertirse en la pieza que faltaba para completar el puzzle.
Por primera vez hemos detectado una gran fraccin de materia en el espacio intergalctico en la cantidad y el estado fsico predicho por simulaciones hace ms de 20 aos, ha explicado a ABC Fabrizio Nicastro, investigador en el Instituto Nacional de Astrofsica de Italia y en el Centro Harvard-Smithsonian de Astrofsica y primer autor del estudio. As que se puede decir que hemos resuelto el misterio de los bariones perdidos del Universo.

Desde hace dos dcadas los astrofsicos tratan de refinar sus modelos sobre el nacimiento y la evolucin de las galaxias partiendo del Big Bang. Es una de las formas de contestar a la apasionante pregunta de dnde venimos: Cul es la historia de la materia y la energa que forman parte de todo lo que conocemos? Por qu el Universo ms joven estaba constituido por una sopa caliente y homognea de materia y energa pero despus se colaps en algunos puntos y permiti el nacimiento de galaxias?
Una de las explicaciones bsicas es que en el Universo existe una red csmica de filamentos de materia oscura que atraen a la materia convencional y que est en algunos huecos situados entre galaxias, el espacio intergalctico. Precisamente es esta porcin del Universo la que permitira explicar dnde est la fraccin de la materia que falta por encontrar.

Bastara que la red atrapara a una buena cantidad de gas intergalctico, lejos de la influencia de las galaxias. El problema que tiene esta idea es que es difcil de comprobar, porque en estas condiciones el gas tendra una densidad y una temperatura tan bajas que dificultaran poder detectarlo con los instrumentos actuales.

La luz que atraviesa las tinieblas
En esta ocasin, sin embargo, la investigacin dirigida por Fabrizio Nicastro ha recurrido a un truco: han usado un tipo especial de cusar (llamado BL Lacertae), una inmensa galaxia emisora de rayos X, como un faro con el que atravesar la niebla y la oscuridad.

Gracias a la ayuda del telescopio espacial de rayos X XMN-Newton, de la Agencia Espacial Europea (ESA), han estudiado la luz procedente de dicho cusar, situado, a 2.200 Megaparsecs de la Tierra. Como los rayos X del cusar interaccionan con ciertos tomos en su camino hacia la Tierra, los astrofsicos pueden deducir qu se encontraron en su trayecto: a qu temperatura estaba, cmo de denso era o por qu iones o tomos estaba formado.
Ha sido una tarea heroica, ha explicado Jelle S. Kaastra, investigador en el Instituto de Investigacin del Espacio de Holanda y coautor del estudio. El motivo es que las huella dejada por el gas intergalctico es extremadamente dbil.

En concreto, los cientficos detectaron huellas de la presencia de iones de helio y de oxgeno, tomos cuyos electrones fueron arrancados y que estn a temperaturas de millones de grados.

Gracias a una las observaciones con telescopios pticos, entre los que ha estado el Gran Telescopio Canarias (GTC), los astrnomos hicieron un sondeo de galaxias en la regin y averiguaron que all eran ms densas que en otras zonas, lo que concuerda con la existencia filamentos galcticos, capaces de concentrar la materia barinica. Los anlisis siguientes permitieron estimar la densidad de dicha materia, y comprobar que podra explicar entre el nueve y el 40 por ciento de la fraccin perdida de la materia del Universo.

Resultados slidos, pero no definitivos
Es un estudio importante, ha explicado a ABC Jorge Snchez Almeida, cientfico del Instituto de Astrofsica de Canarias (IAC) que no ha participado en el trabajo pero que trabaja en procesos de formacin de galaxias. Pero no es la primera vez ni la ltima en la que se habla de esto. Es un trabajo que va en la lnea de detectar los bariones que tienen que existir pero que, por su densidad y temperatura, resulta difcil encontrar.

Tal como ha escrito Taotao Fang, investigador de la Universidad de Xiamen, China, en un artculo de revisin sobre el estudio de Nicastro, aunque ha habido estudios que hablaban de la absorcin la luz por parte de bariones antes, en este caso los resultados son ms slidos. Todo gracias a que se han detectado las huellas de dos iones a la vez, el helio y el oxgeno.

Falta an por confirmar la distancia a la que est el cusar estudiado, y descartar que la materia que ha absorbido los rayos X no est en el medio intergalctico sino dentro de galaxias. Si fuera as, los cientficos no habran descubierto una fraccin desconocida de la materia del Universo.

Aunque la posibilidad de que esto sea as es baja, tanto Fang como Almeida como los propios autores del estudio subrayan la necesidad de hacer ms observaciones y usar nuevas tcnicas para descartarlo.

Fabrizio Nicastro ha dicho que tienen planeado hacer ms observaciones similares con los instrumentos actuales. Sin embargo, ha matizado que el gran paso adelante ser usar instrumentos ms potentes, que sern los que nos permitir estudiar cientos de sistemas de forma rutinaria. Esto llegar, segn opina, con el gran observatorio de rayos X Athena, de la ESA, que volar entre 2028 y 2030.

Por qu sabemos que hay materia invisible?
En la actualidad, los astrofsicos calculan la cantidad total de materia barinica (convencional) que existe gracias a la radiacin de fondo de microondas, el eco de energa ms antiguo que se conoce y que se form solo 380.000 aos despus del Big Bang. Tal como explica Almeida, este recurso indica cmo eran las condiciones originales del Universo primitivo y la cantidad que haba de bariones.

En un principio, estaban compuestos solo por los tomos ms sencillos, el hidrgeno y el helio, pero despus, las estrellas y las galaxias comenzaron a quemar estos combustibles y a fusionarlos para crear tomos ms pesados, como el oxgeno o el nitrgeno.
Despus de aquello, en las galaxias ms lejanas que podemos observar (que son las primeras que se formaron), es posible comprobar que la cantidad de materia convencional hallada es compatible con los clculos realizados sobre la cantidad de bariones que debe de haber. Pero en momento ms recientes del Universo, donde las galaxias han vivido ms tiempo y han alumbrado generaciones de estrellas, falta por encontrar una importante fraccin de esa materia barinica. Por qu?

Fabrizio Nicastro explica que, cuando el Universo solo tena unos dos mil millones de aos de edad (de los 13.800 millones que tiene), la mayor parte de la materia convencional era difusa y estaba en el medio intergalctico, pero estaba ms fra que lo que estaba presente despus. A causa de estas temperaturas, este gas era opaco ante la luz en el rango visible.

La larga vida del Universo
Pero despus, a medida que se acumul materia en galaxias y cmulos de galaxias las estructuras que solemos interpretar como el Universo en s, la concentracin de masa increment el tirn de la gravedad en algunos puntos. Dicho tirn hizo la evolucin del Universo ms violenta y repentina. Aport combustible para las galaxias pero su velocidad de cada en estas estructuras era tan alta que provoc un calentamiento de dicho gas.

Lleg un punto en que el gas estaba tan caliente que dej de ser visible en el rango ptico. Por eso no lo podemos ver, aunque est presente en el medio intergalctico, y tan solo podemos detectarlo a travs de su interaccin con los rayox X de otra fuente de luz, ya que la luz de esta longitud de onda s interacciona con l. De ah la dificultad de avistar el gas intergalctico caliente hasta ahora.

Esta porcin de la materia del Universo, que alcanza una proporcin de hasta el 40 por ciento de toda la materia barinica, est asociada al medio intergalctico. Este es el espacio situado entre las galaxias y poblado por los filamentos de la red csmica, vastas estructuras formadas por materia oscura y que son como el andamiaje en el que se forman y se mueven las galaxias.
Tal como ha explicado Jelle Kastraa, este gas intergalctico caliente puede estar en estructuras difusas de la red csmica, asociado con las afueras de las galaxias, escapando de estas a travs de fuertes vientos o en cmulos de galaxias gigantescas estructuras unidas por la gravedad y formadas por muchas galaxias..

El panorama es tan complejo como interesante. Almeida explica que el gas es indispensable para comprender la evolucin de estrellas y galaxias, puesto que estas dejan en l los residuos de su evolucin (por ejemplo los tomos que forman parte de estrellas, planetas y animales). La temperatura y la densidad que tiene el gas tambin contiene mucha informacin sobre los procesos que ocurren en este fascinante reino.

El investigador explica, por ejemplo, que la cada de gas intergalctico en el seno de las galaxias, encauzado a travs de los filamentos de materia oscura de la red csmica, es fundamental. Es el mecanismo que las mantiene vivas, que permite que sigan siendo lo que son, fbricas de estrellas. Sin l, en el Universo no habran nacido estrellas en muchos miles de millones de aos, porque las galaxias habran consumido todo el gas del entorno con el que producir estrellas. Como si fueran sistemas circulatorios de un animal inconmensurable, los filamentos de la red csmica son autopistas que dirigen el flujo de estos gases hacia los nodos donde estn las galaxias. Gracias a eso, hay estrellas que nacen y mueren, y algunas que estallan, generando los tomos, de materia barinica, que construyen planetas y seres vivos.

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