La materia perdida del universo.

Buscando la materia perdida en los halos galácticos.
Copyright ESA / XMM-Newton; J-T. Li (Universidad de Michigan, EE. UU.); Sloan Digital Sky Survey (SDSS).

Enlace publicación, 18 de abril del 2.018.

Esta imagen ilustra la emisión de rayos X alrededor de un conjunto de cinco galaxias que se han apilado juntas para resaltar los detalles en sus halos esféricos y gaseosos. Fue creado por un equipo de científicos que utilizan el observatorio espacial XMM-Newton de la ESA, con la emisión de rayos X resaltada en púrpura.

Toda la materia del Universo existe en forma de materia "normal" o materia oscura notoriamente elusiva. Curiosamente, los científicos que estudiaron las galaxias cercanas en los últimos años descubrieron que contienen una cantidad significativamente menor de materia normal de lo esperado. Se pensaba que este asunto acechaba en el halo extendido de una galaxia, pero un nuevo hallazgo de XMM-Newton ahora sugiere lo contrario.

En un intento por explorar los confines de las galaxias y determinar cuánta materia acecha allí, el equipo observó seis galaxias espirales diferentes y apiló sus datos para crear una galaxia con las propiedades promedio de múltiples. Al hacer esto, la débil emisión de rayos X del halo que rodea cada galaxia se vuelve más clara, y la emisión de fuentes de fondo es más fácil de identificar y descontar.

Esta imagen comprende dos componentes: una imagen de fondo tricolor de una galaxia llamada NGC 5908 junto con estrellas circundantes del Sloan Digital Sky Survey, y una superposición apilada que combina cinco galaxias diferentes observadas por XMM-Newton, que es visible como la bruma púrpura impregnando el marco.

Las cinco galaxias incluidas dentro del conjunto de datos apilados XMM-Newton son NGC 5908 (la misma galaxia que se ve en el fondo), UGC 12591, NGC 669, ESO 142-G019 y UGC A145; el equipo también observó NGC 550, pero esta galaxia no se apiló porque tiene un cúmulo de galaxias brillantes directamente detrás de ella, por lo que es difícil visualizarla claramente sin afectar los otros datos. La neblina púrpura representa la emisión de rayos X de un halo como el NGC 5908 que lo rodea.

Todos los datos de XMM-Newton cubren el rango de energía de 0.5 a 1.25 keV y tienen un tiempo de exposición de aproximadamente cinco días. Las galaxias se han redimensionado a la misma distancia y se han girado y reposicionado para apilarlas con precisión. Cada uno ha sido suavizado, y especialmente las fuentes de rayos X brillantes que pueden interferir con la emisión galáctica se han enmascarado y suavizado (aún pueden verse parches lisos residuales).

Copyright ESA / XMM-Newton; J-T. Li (Universidad de Michigan, EE. UU.); Sloan Digital Sky Survey (SDSS)

¿Dónde está la materia que falta en el universo?
Observatorio espacial de rayos X XMM-Newton de la ESA.
Crédito: ESA.
Los astrónomos del observatorio espacial XMM-Newton de la ESA han rastreado los halos gaseosos que rodean las galaxias en busca de materia perdida que, se cree, podría hallarse allí. Sin embargo, no han tenido éxito. ¿Dónde podría estar? 

Toda la materia del Universo existe bien en forma de materia ‘normal’, bien en forma de la invisible y particularmente esquiva materia oscura, que es seis veces más abundante.

Curiosamente, los científicos que estudian galaxias cercanas han descubierto en los últimos años que contienen tres veces menos materia normal de la esperada; por ejemplo, nuestra Vía Láctea presenta menos de la mitad de la cantidad prevista.

Jiangtao Li, de la Universidad de Michigan (Estados Unidos), es el autor principal de un nuevo artículo al respecto y explica que se trata de “un misterio que preocupa desde hace mucho tiempo, que ha llevado a los científicos a hacer grandes esfuerzos para buscar esta materia perdida”. 

“¿Por qué no está en las galaxias o, si está, por qué no la vemos? Y si no está, ¿dónde está? Es importante resolver este rompecabezas, ya que es una de las mayores incertidumbres en nuestros modelos, tanto del Universo temprano como de la formación de las galaxias”. 

Los científicos creen que, en lugar de encontrarse en la mayor parte de la galaxia que podemos observar ópticamente, se podría hallar en una región de gas caliente que se extiende más allá, formando el halo galáctico.

Estos halos esféricos y calientes se han detectado con anterioridad, pero se trata de regiones tan tenues que resultan difíciles de observar detalladamente, ya que su emisión de rayos X se puede perder y resultar imposible de distinguir de la radiación de fondo. A menudo, los científicos observan una pequeña distancia en esta región y extrapolan los hallazgos, pero esto puede dar resultados variables y poco claros.

Jiangtao y sus colegas querían medir el gas caliente a mayores distancias con el observatorio espacial de rayos X XMM-Newton de la ESA. Estudiaron seis galaxias espirales similares y combinaron los datos para crear una galaxia con sus propiedades medias.

“De esta forma, la señal de la galaxia resulta más potente y el fondo de rayos X muestra un mejor comportamiento”, añade Joel Bregman, investigador de la misma universidad y coautor del artículo.

“Así, fuimos capaces de ver la emisión de rayos X unas tres veces más lejos que si observáramos una única galaxia, por lo que nuestra extrapolación resultó más precisa y fiable”.

Las galaxias espirales masivas y aisladas ofrecen la mejor oportunidad de buscar materia perdida. Son lo bastante masivas como para que el gas alcance temperaturas de millones de grados y así emitan rayos X, y en gran medida han evitado la contaminación con otros materiales por la formación de estrellas o la interacción con otras galaxias. 

Se busca.
Los resultados del equipo de científicos mostraron que, al final, el halo que rodea galaxias como las observadas no puede contener toda la materia perdida. A pesar de extrapolar casi 30 veces el radio de la Vía Láctea, siguen faltando casi tres cuartas partes de la materia prevista. 

Hay dos teorías alternativas principales: o bien la materia se encuentra almacenada en otra fase gaseosa difícil de observar (quizá una fase más caliente y tenue, o una fase más fría y densa), o bien se halla en una porción del espacio que no está cubierta por nuestras observaciones actuales o que emite rayos X demasiado débiles para detectarlos.

En cualquier caso, como las galaxias no contienen suficiente materia perdida, es posible que la hayan expulsado al espacio, quizás empujadas por inyecciones de energía procedentes de la explosión de estrellas o de agujeros negros supermasivos.

“Este trabajo es importante porque contribuye a crear modelos de galaxias más realistas, lo que a su vez nos ayudará a comprender mejor cómo se formó y evolucionó nuestra propia Galaxia, reconoce Norbert Schartel, científico del proyecto XMM-Newton de la ESA. Los hallazgos de este tipo serían imposibles sin la increíble sensibilidad de XMM-Newton”.

“En el futuro, los científicos podrán añadir aún más galaxias a nuestras muestras de estudio y utilizar XMM-Newton en colaboración con otros observatorios de alta energía, como el futuro Telescopio Avanzado para la Astrofísica de Alta Energía (Athena) de la ESA, para sondear las extensas porciones de baja densidad en las fronteras de las galaxias y seguir desvelando los misterios de la materia perdida del Universo”. 

• Publicado en ESA el 18 de abril del 2.018.

Notas para los editores.
El artículo “Baryon budget of the hot circumgalactic medium of massive spiral galaxies”, de J-T Li et al. (2018), está publicado en The Astrophysical Journal Letters. DOI: 10.3847/2041-8213/aab2af. 

Para más información, contactar con:
Jiangtao Li
University of Michigan, USA
Tel: 734-383-2089

Joel Bregman
University of Michigan, USA
Tel: 734-764-2667

Norbert Schartel
XMM-Newton Project Scientist
European Space Agency

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