Astrónomos detectaron la ubicación de la materia perdida del universo

Más del 75 por ciento de la materia común del universo está en el espacio entre galaxias, dispersa como un gas casi invisible (ESA/Euclid/Euclid Consortium/NASA, image processing by J.-C. Cuillandre, T. Li)

Durante mucho tiempo, los científicos intentaron localizar una parte importante de la materia del universo que, simplemente, no aparecía.

Según los cálculos, debería haber una gran cantidad de materia común, compuesta por protones y neutrones, presente en todo lo que podemos ver y tocar. En conjunto, se la conoce como materia bariónica. Sin embargo, más de la mitad de esa materia no podía observarse. Telescopios, rayos X y estudios en luz ultravioleta sugerían que algo flotaba entre las galaxias, pero no se podía confirmar con precisión.

Recientemente, un estudio publicado en Nature Astronomy buscó responder esa incógnita. Investigadores del Centro de Astrofísica de Harvard y Smithsonian (CfA) y de Caltech utilizaron un tipo especial de señales del espacio profundo para trazar un mapa detallado. Gracias a este trabajo, afirman que más del 75% de la materia ordinaria del universo está en el espacio entre galaxias, dispersa como un gas invisible.

El equipo analizó señales llamadas estallidos rápidos de radio (FRB, por sus siglas en inglés), una especie de pulso que recorre enormes distancias desde galaxias lejanas. Al estudiar cómo estas señales se ralentizan durante su viaje, lograron detectar la materia que atraviesan. El planteo es que la mayor parte de la materia bariónica está flotando en el medio intergaláctico, una región extensa y tenue que ocupa los espacios entre las galaxias.

Una ilustración artística muestra gas cálido y tenue en el vasto espacio entre galaxias, conocido como medio intergaláctico, con zonas azules que marcan las regiones más densas de la red cósmica y transiciones hacia tonos rojizos en las áreas de vacío (Jack Madden, IllustrisTNG, Ralf Konietzka, Liam Connor/CfA/Handout via REUTERS/Illustration)

“El ‘problema del barión desaparecido’, que data de décadas atrás, nunca se trató de si la materia existía o no. Siempre se trató de: ¿Dónde está? Ahora, debido a las FRB, lo sabemos: tres cuartas partes de ella flotan entre galaxias en la red cósmica”, dijo Liam Connor, astrónomo del CfA y autor principal del estudio, en un comunicado oficial.

Según los autores, el hallazgo también permite entender cómo se comporta la materia en grandes escalas. Las galaxias no son sistemas cerrados: la gravedad atrae materia hacia ellas, pero procesos violentos como explosiones estelares o agujeros negros supermasivos pueden expulsar parte de ese gas nuevamente al espacio. “Nuestros resultados muestran que esta retroalimentación debe ser eficiente, expulsando el gas de las galaxias hacia el espacio intergaláctico”, explicó Connor.

Además, los resultados concuerdan con predicciones de simulaciones por computadora que sugerían un universo lleno de gas tenue, pero hasta ahora no se contaba con mediciones directas. Para el coautor Vikram Ravi, de Caltech, esto marca un cambio de etapa: “Gracias a las FRB, estamos empezando a ver la estructura y composición del universo desde una perspectiva completamente nueva. Estos breves destellos nos permiten rastrear la materia, de otro modo invisible, que llena los vastos espacios entre las galaxias”.

El estudio respalda simulaciones que describían un universo lleno de gas tenue, aunque nunca antes se había comprobado así (NOIRLAB)

El equipo trabajó con una muestra de 60 FRB que provenían de galaxias lejanas, con distancias que iban desde unos 12 millones hasta más de 9 mil millones de años luz. Uno de ellos, FRB 20230521B, es el más distante.

Estas señales se comportan como si fueran linternas cósmicas, según Connor: viajan desde su galaxia de origen y atraviesan el espacio, interactuando con el gas que encuentran a su paso. Esa interacción provoca una dispersión, es decir, una pequeña ralentización que depende de la cantidad de materia atravesada.

“Brillan a través de la niebla del medio intergaláctico, y al medir con precisión cómo se ralentiza la luz, podemos pesar esa niebla, incluso cuando es demasiado tenue para verla”, explicó el experto. La precisión del análisis fue posible porque las señales analizadas fueron localizadas en sus galaxias de origen, lo que permitió reconstruir su recorrido completo.

Los resultados indican que aproximadamente el 76% de la materia bariónica está en el medio intergaláctico, un 15% en halos de gas que rodean las galaxias, y una fracción menor en estrellas o gas frío interno.

Este hallazgo permite ajustar los modelos sobre cómo se forman y evolucionan las estructuras más grandes del universo (NSF/AUI/NSF NRAO/S.DAGNELLO)

Saber con certeza dónde está la materia ordinaria ayuda a entender cómo se organizan las grandes estructuras del universo y cómo la energía que emiten las estrellas y los agujeros negros puede redistribuirla, según estos especialistas.