Más vacío que el vacío y, sin embargo, tan pesado como diez Vías Lácteas: los astrónomos localizan la materia visible perdida

Lo que los cosmólogos nos venden como el modelo estándar del universo es, en realidad, una broma. Según este modelo, el universo está compuesto solo por un 5 % de átomos ordinarios. El 95 % restante son formas "oscuras" de materia y energía, para las que aún no se ha encontrado una explicación satisfactoria. De hecho, la situación es aún peor. Incluso con materia ordinaria, hasta ahora solo se ha detectado con telescopios entre el 60 % y el 70 %.

Este problema de la materia normal faltante está a punto de resolverse. Dos grupos de investigación han determinado de forma independiente dónde se oculta y qué propiedades posee.

La materia normal surgió poco después del Big Bang. Es la sustancia a partir de la cual se forman las estrellas y los planetas. Sin embargo, la gran mayoría de esta materia existe como gas difuso, que no brilla con la misma intensidad que las estrellas en el cielo. Parte de este gas se localizó hace años. Se encuentra entre las estrellas, en los halos de las galaxias o incluso en el espacio intergalactico. Sin embargo, si se suman todas las cantidades conocidas, no se llega ni de lejos a la cantidad que teóricamente debería haberse creado en el Big Bang.

Los astrónomos tienen una conjetura sobre la posible ubicación de la materia faltante. Según simulaciones por computadora, una delicada red de gas caliente se extiende por el universo, conectando las brillantes galaxias. La materia debería estar distribuida de forma extremadamente dispersa en estos filamentos de gas. Se espera una densidad de entre 0,1 y 30 átomos por metro cúbico.

Este gas extremadamente fino emite solo una radiación débil. Por lo tanto, aún no ha sido posible caracterizar con precisión los filamentos individuales de la red. Mediciones previas con telescopios de rayos X han arrojado una densidad de gas cinco veces mayor, afirma Konstantinos Migkas, de la Universidad de Leiden. Esto se debe a la radiación de rayos X interferente de los agujeros negros incrustados en la delicada red.

El grupo de Migkas ha logrado aislar esta radiación interferente por primera vez y eliminarla de los datos. Los investigadores combinaron observaciones con los telescopios de rayos X Suzaku y XMM-Newton. Para sus mediciones, seleccionaron un filamento gigante que conecta cuatro cúmulos de galaxias. Se extiende a lo largo de 23 millones de años luz, lo que lo convierte en 230 veces el tamaño de nuestra Vía Láctea.

Las mediciones revelaron que el gas en los filamentos está a diez millones de grados y contiene unos diez átomos por metro cúbico. Esto representa menos átomos que en el mejor vacío que se puede crear en el laboratorio. Sin embargo, el filamento tiene la masa de diez Vías Lácteas. Esto da una idea de su inmensidad.

«La densidad y la temperatura del gas concuerdan con los resultados de simulaciones por computadora basadas en el Modelo Estándar de Cosmología», afirma Migkas. Sin embargo, hasta el momento, solo se ha estudiado con este detalle un único filamento de la red cósmica. Por lo tanto, aún no es posible determinar su representatividad.

Aquí es donde entra en juego el segundo grupo de trabajo, dirigido por Liam Connor, de la Universidad de Harvard. Los investigadores compilaron un catálogo de ráfagas rápidas de radio. Se trata de ráfagas cortas de radiación electromagnética de longitud de onda larga que se producen en galaxias distantes. En su camino hacia la Tierra, esta radiación atraviesa el gas difuso del medio intergaláctico. La parte de baja energía de la radiación se ralentiza más que la de alta energía. De este modo, la radiación de radio se dispersa de forma similar a la luz en un prisma.

Este efecto permitió a los investigadores ponderar la materia ordinaria y asignarla a diferentes medios. Descubrieron que el 76 % se encuentra en el medio intergaláctico y el 15 % en el halo de las galaxias. El 9 % restante está compuesto por estrellas y gas frío en las galaxias. En conjunto, esto constituye el 100 %.

Para Connor, esto resuelve el problema de la materia visible faltante. Migkas también cree que los dos trabajos complementarios alivian significativamente el problema. Ahora sabemos dónde se esconde la materia faltante y qué propiedades posee.

Lo sorprendente del trabajo de Connor es que se encuentra tanta materia normal en el medio intergaláctico y tan poca en el halo de las galaxias. Los investigadores lo atribuyen a procesos de retroalimentación. Por un lado, la gravedad atrae el gas hacia las galaxias. Por otro, es devuelto al espacio intergaláctico por el viento de partículas procedente de las explosiones de supernovas y los agujeros negros supermasivos.

Esto podría ayudar a explicar una discrepancia que ha preocupado a los cosmólogos durante varios años. El universo actual parece ser menos irregular de lo que sugieren las observaciones del universo primitivo. Esta discrepancia se ha denominado tensión _S8 . Si bien no es tan grave como la tensión de Hubble, que afecta la tasa de expansión del universo, ambas tensiones juntas ponen en duda si el Modelo Estándar de cosmología describe con precisión la evolución del universo.

Al ser preguntado, Connor escribe que las mediciones de su grupo sugieren que la materia normal del universo se homogeneiza mediante procesos de retroalimentación en las galaxias. Por lo tanto, el voltaje _S8 podría explicarse sin recurrir a nuevas leyes de la física.

Las simulaciones por computadora deberán demostrar si los efectos de retroalimentación son realmente lo suficientemente fuertes como para reconciliar las mediciones contradictorias. Las dudas están justificadas. Si bien la retroalimentación afecta a la materia normal, no afecta a la materia oscura en el halo de las galaxias. Por lo tanto, sería sorprendente que la gravedad de la materia normal fuera suficiente para distribuir la cantidad mucho mayor de materia oscura de manera más uniforme por todo el universo.