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27 de agosto de 2008

La masa mínima de las galaxias y la materia oscura

Imagen: J. Bullock, M. Geha & R. Powell

Mediante el análisis de la luz de las más pequeñas y tenues galaxias que giran alrededor de la Vía Láctea, científicos de la Universidad de California en Irvine (UCI) creen haber descubierto la masa mínima para las galaxias en el Universo: 10 millones de veces la masa del Sol.

Esta masa puede ser el menor "ladrillo" conocido de la sustancia misteriosa e invisible llamada materia oscura. Las estrellas que se forman dentro de estos ladrillos se agrupan y se convierten en galaxias.

Los científicos saben muy poco acerca de las propiedades microscópicas de la materia oscura, a pesar que representa aproximadamente las cinco sextas partes de toda la materia en el universo.

"Al conocer esta masa mínima para las galaxias, podemos entender mejor cómo se comporta la materia oscura, que es esencial para un día aprender cómo se originaron nuestro universo y la vida, tal como la conocemos ", dijo Louis Strigari, autor principal de este estudio y becario posdoctoral McCue en el Departamento de Física y Astronomía de UCI.

Los resultados del estudio se publican en la edición del 28 de agosto de la revista Nature.

La materia oscura regula el crecimiento de la estructura del Universo. Sin ella, las galaxias, como la propia Vía Láctea, no existirían. Los científicos saben cómo la gravedad de la materia oscura atrae a la materia normal y causa que se formen las galaxias. También sospechan que las pequeñas galaxias se fusionaron a lo largo del tiempo para crear grandes galaxias como la Vía Láctea.

Las galaxias más pequeñas conocidas, llamadas galaxias enanas, varían mucho en brillo, de 1000 a 10 millones de veces la luminosidad del Sol. Al menos 22 de estas galaxias enanas se sabe que orbitan a la Vía Láctea. Los científicos de UCI estudiaron 18 de ellas utilizando los datos obtenidos con el telescopio Keck, en Hawai, y el telescopio Magallanes, en Chile, con el objetivo de calcular sus masas. Mediante el análisis de la luz de las estrellas en cada galaxia, determinaron cuán rápido se estaban moviendo las estrellas. Usando esas velocidades, calcularon la masa de cada galaxia.

Los investigadores esperaban que las masas variaran, con las galaxias más brillantes masando más y la mayoría de las galaxias más débiles masando menos. Pero sorprendentemente, todas las galaxias enanas tenían la misma masa: 10 millones de veces la masa del Sol.

Manoj Kaplinghat, coautor del estudio y profesor asistente de Física y Astronomía en la UCI, explica este hallazgo usando una analogía en la que los seres humanos desempeñan el papel de la materia oscura.

"Supongamos que usted es un alienígena que vuela sobre la Tierra e identifica las zonas urbanas por la concentración de luces en la noche. A partir del brillo de las luces, puede suponer, por ejemplo, que más seres humanos viven en Los Angeles que en Mumbai, pero esto no es el caso", dijo Kaplinghat. "Lo que hemos descubierto es más extrema y afín a decir que todas las áreas metropolitanas, incluso aquéllas que son apenas visibles por la noche a los alienígenas, tienen una población de alrededor de 10 millones".

Dado que las galaxias enanas están mayormente constituidas por materia oscura - la proporción de materia oscura con respecto a la materia normal es tanto como 10000 a uno - la masa mínima descubierta revela una propiedad fundamental de la materia oscura.

"Estamos muy emocionados porque estas galaxias son casi invisibles y, sin embargo, contienen una enorme cantidad de materia oscura", dijo James Bullock, coautor del estudio y director del Centro de Cosmología de la UCI. "Esto nos ayuda a comprender mejor las partículas que componen la materia oscura y nos enseña algo sobre cómo se forman las galaxias en el Universo."

Los científicos dicen que pueden existir bollos de materia oscura que no contienen estrellas. Los únicos bollos de materia oscura que pueden detectar en estos momentos son los que están iluminados por estrellas.

Los científicos esperan aprender sobre las propiedades microscópicas de la materia oscura cuando el Gran Colisionador de Hadrones, en Suiza, entre en funcionamiento a finales de este año. El dispositivo acelerará dos haces de núcleos en un anillo en direcciones opuestas y entonces los harán chocar para recrear las condiciones inmediatamente posteriores al Big Bang. De esta forma, los científicos esperan crear las partículas de materia oscura en el laboratorio, por primera vez.

Varios físicos de la UCI están trabajando en este proyecto internacional.

Junto a los científicos de la UCI, también participaron en el estudio de galaxias Joshua Simon, del Instituto Tecnológico de California; Marla Geha, de la Universidad de Yale; Beth Willman, del Centro de Astrofísica Harvard-Smithsoniano; y Matthew Walker, de la Universidad de Cambridge.

(jg) (mg)

Más información en:
http://today.uci.edu/