Astrónomos averiguan dónde está la materia perdida del universo

Un nuevo estudio histórico ha identificado la ubicación de la materia "perdida" del universo y ha detectado la ráfaga rápida de radio (FRB) más distante registrada.

Utilizando las FRB como guía, astrónomos del Centro de Astrofísica | Harvard & Smithsonian (CfA) y Caltech han demostrado que más de tres cuartas partes de la materia ordinaria del universo se encuentra oculta en el gas tenue entre las galaxias, lo que supone un gran avance en la comprensión de cómo interactúa y se comporta la materia en el universo.

Han utilizado los nuevos datos para realizar la primera medición detallada de la distribución de la materia ordinaria en la red cósmica. La investigación se publica en la revista Nature Astronomy.

Durante décadas, los científicos han sabido que al menos la mitad de la materia ordinaria o bariónica del universo, compuesta principalmente de protones, no se había contabilizado. Anteriormente, los astrónomos han utilizado técnicas como la emisión de rayos X y las observaciones ultravioleta de cuásares distantes para encontrar indicios de grandes cantidades de esta masa faltante en forma de gas muy tenue y cálido entre las galaxias. Dado que esta materia existe como gas caliente y de baja densidad, era prácticamente invisible para la mayoría de los telescopios, lo que obligaba a los científicos a estimar, pero no a confirmar, su cantidad ni su ubicación.

Las FRB son breves y brillantes señales de radio procedentes de galaxias distantes que, como se ha demostrado recientemente, permiten medir la materia bariónica en el universo, pero hasta ahora no se había podido determinar su ubicación. En el nuevo estudio, los investigadores analizaron 60 FRB, ubicadas desde unos 11,74 millones de años luz de distancia (FRB20200120E en la galaxia M81) hasta unos 9.100 millones de años luz de distancia (FRB 20230521B, la FRB más distante registrada). Esto les permitió localizar la materia faltante en el espacio intergalactico, o el medio intergaláctico (IGM por sus siglas en inglés).

"El 'problema del barión perdido', que data de décadas atrás, nunca se trató de si la materia existía", afirmó en un comunicado Liam Connor, astrónomo del CfA y autor principal del nuevo estudio. "Siempre se trató de: ¿Dónde está? Ahora, gracias a las FRB, lo sabemos: tres cuartas partes de ella flotan entre galaxias en la red cósmica". En otras palabras, los científicos ahora conocen la dirección de la materia "perdida".

Al medir cuánto se ralentizaba cada señal de FRB a su paso por el espacio, Connor y su equipo rastrearon el gas a lo largo de su recorrido. "Las FRB actúan como linternas cósmicas", explicó Connor, quien también es profesor adjunto de astronomía en Harvard. "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".

Los resultados fueron claros: aproximadamente el 76 % de la materia bariónica del universo se encuentra en el IGM. Alrededor del 15% reside en los halos de las galaxias, y una pequeña fracción se encuentra enterrada en estrellas o en medio del gas galáctico frío.

Esta distribución concuerda con las predicciones de simulaciones cosmológicas avanzadas, pero nunca se había confirmado directamente hasta ahora.

"Es un triunfo de la astronomía moderna", afirmó Vikram Ravi, profesor adjunto de astronomía en Caltech y coautor del artículo. "Estamos empezando a ver la estructura y composición del universo bajo una luz completamente nueva, gracias a los FRB. Estos breves destellos nos permiten rastrear la materia, de otro modo invisible, que llena los vastos espacios entre las galaxias".

Encontrar los bariones desaparecidos no es solo un ejercicio de crear una libreta de direcciones o realizar un censo. Su distribución es la clave para desentrañar profundos misterios sobre cómo se forman las galaxias, cómo se acumula la materia en el universo y cómo viaja la luz a través de miles de millones de años luz.

"Los bariones son atraídos hacia las galaxias por la gravedad, pero los agujeros negros supermasivos y las estrellas en explosión pueden expulsarlos, como un termostato cósmico que enfría las cosas si la temperatura sube demasiado", dijo Connor. "Nuestros resultados muestran que esta retroalimentación debe ser eficiente, expulsando gas de las galaxias hacia el IGM".