|
traducción de
Adela Kaufmann
¿Los agujeros negros han arrojado
la mitad del universo al páramo? la mitad de la materia visible del universo desapareció. El monstruoso culpable podría haber sido desenmascarado - y con él, el futuro de nuestra galaxia.
Todos hemos estado allí.
Lo tenía ante sus ojos hace un momento, y luego le dio la espalda
por un segundo y no está por ningún lado. Ya
es bastante malo con las llaves del coche o el control remoto. Imagínese
si usted hubiera perdido la mitad del universo.
Nuestras mejores estimaciones dicen que compone sólo alrededor del 5 por ciento de todas las cosas por ahí. Sin embargo, estamos muy presionados para encontrar siquiera la mitad.
La otra mitad desapareció hace unos 13 mil millones años, y nadie lo ha visto desde entonces. El registro de esta materia faltante no es sólo una cuestión de orgullo. Averiguando hacia donde se fue - y cómo - podría arrojar luz sobre el destino que espera a todo lo demás en el universo.
Ahora la sospecha ha caído sobre un inesperado culpable: Pero estos son los agujeros negros que no succionan - pero soplan.
Hemos sabido durante mucho tiempo que nuestro universo es sede de grandes cantidades de materia invisible. Desde la década de 1930, los astrónomos han luchado con el hecho de que las galaxias están girando mucho más rápido que sus densidades aparentes deberían permitir.
Calculando la cantidad de masa necesaria para mantener las estrellas volando en la oscuridad reveló que sólo un pequeño tanto por ciento de la masa total de cada galaxia es visible para nosotros. El resto es etiquetado materia oscura, un tipo fundamentalmente diferente de sustancia que interactúa con el universo ordinario sólo a través de la gravedad.
Las mediciones del fondo cósmico de microondas, los rayos de luz que han estado viajando por el universo desde 380,000 años después del Big Bang, nos dicen que la materia oscura, una vez superó a la materia normal en más de un 5 a 1.
Como no existe un proceso que conozcamos por el cual la materia
normal cambiaría a la materia oscura, o viceversa, gran parte de la
cosmología moderna asume que la relación se mantiene igual en toda
la historia cósmica.
Donde vive la otra mitad
Los astrónomos miden la cantidad de ambos tipos de materia del universo cartografiando cuánto la luz de fondo es doblada por su atracción gravitatoria combinada. Pero cuando totalizan la masa de todas las cosas que podemos ver - desde estrellas de gas a agujeros negros hasta los planetas – ellos reciben un resultado sorprendente.
Los componentes visibles constituyen más cerca de una décima parte que una quinta parte de la masa total.
Lo mismo es cierto cuando se mira mayores distancias, lo cual es equivalente a mirar más y más atrás en el tiempo. Los resultados sugieren una sorprendente conclusión: en algún momento de sus primeros mil millones de años, la mitad del universo normal, se estableció, la formación de estrellas y galaxias.
La otra mitad se perdió.
En realidad, nadie pone en duda que la materia debe estar en alguna parte.
¿Pero dónde está? . Es la más grande búsqueda del tesoro en la historia, y la lista de lugares para esconderse es tan vasta como el universo mismo
Incluso con un telescopio de gran alcance diseñado para detectar esta luz, uno se pierde mucho de lo que el cielo nocturno tiene para ofrecer.
La mayor parte del universo es inimaginablemente frío: en torno a -270 ° C es inferior a 3 grados por encima del cero absoluto. Las moléculas que vibran lentamente aquí emiten luz en frecuencias mucho más bajas - en el rango de las microondas.
Durante décadas, hemos mejorado poco a poco nuestra capacidad recoger esta luz, pero al explorar estas frecuencias, la masa faltante no ha aparecido.
Todo esto nos lleva a pensar que la materia faltante probablemente emite luz de rayos X, ardiendo lo suficientemente brillante para pasar sin ser vista en alrededor de un millón de grados centígrados.
Eso es más o menos la temperatura de la corona solar, sus capas más externas de fuego.
Momento en el que es posible exclamar: podemos ver la corona.
Eso es cierto, pero es mucho más difícil de ver que la superficie más fría del sol, que es la densidad de la materia en la corona - así como nuestra cercanía al sol – eso les da a nuestros detectores una oportunidad de luchar.
Esto proporciona otra pista sobre la identidad de la materia perdida:
Pero, ¿dónde podría estar al acecho dicho escaso, pero-candente material?
En los últimos años, los astrónomos han comenzado a especular que podría estar sorprendentemente cerca de casa, en las galaxias como nuestra Vía Láctea. Con los telescopios de hoy en día, podemos dar cuenta de casi todas las estrellas de la Vía Láctea, así como el gas y el polvo que flotan entre ellos.
Suponiendo que la relación de la materia oscura habitual sea cierta, estos componentes deben concordar hasta aproximadamente el 16 por ciento de la masa de la galaxia. Pero incluso en este caso nos encontramos cortos. La mitad de la materia normal que se supone que es visible no lo es.
Puede parecer contrario a la intuición proponer nubes invisibles de agitado gas caliente en la aparente calma de la Vía Láctea. Pero las galaxias no son lugares pacíficos. La fuerza implacable de la gravedad actúa sobre las corrientes difusas de gas que las rodean, atrayendo la materia para darle combustión a la formación de estrellas y el crecimiento de galaxias.
A medida que esas corrientes de protones y neutrones, conocidas colectivamente como bariones, caer, ellas ganan energía, aumentando su temperatura y velocidad. En algún momento, el gas en caída libre pega a otros materiales ganado miles de años antes.
Este choque es tan violento que detiene el material recién
congregado en sus pistas, calentándolo hasta 2 millones ° C y
propulsándolo lejos de las regiones centrales de la galaxia.
"Algunos fragmentos de materia están en baño de enfriamiento.
Otros se van por el desagüe" Piense en la galaxia como una bañera, dice Michael Anderson del Instituto Max Planck para Astrofísica en Garching, Alemania, con las corrientes afluentes de bariones jugando el papel del agua.
Y allí se produce una competición de fuerzas.
La gravedad de la galaxia tira de los bariones calientes de nuevo hacia su centro, mientras la agitación de su alta energía los aleja.
La consecuencia es que rodean la galaxia en un difuso halo de gas caliente.
Puede que no seamos capaces de detectar ese halo directamente, pero deberíamos ser capaces de ver sus efectos.
Como la luz de los centros galácticos distantes brilla a través del universo, las nubes de gas y polvo a su paso absorben luz de colores específicos, revelando detalles acerca de su temperatura y composición.
Durante la última década, Joel Bregman y sus colegas han estado viendo estos reflectores cósmicos a través de nuestra propia galaxia, en un intento de identificar la cantidad de gases invisibles contiene la Vía Láctea.
Las observaciones de Bregman han demostrado que nuestra galaxia podría estar rodeada simplemente por tal atmósfera, alojando más o menos la misma cantidad de materia bariónica como partes luminosas de la galaxia, y sin embargo distribuidas en un volumen de muchos miles de veces más vasto.
¿Problema resuelto? No exactamente...
Estos halos calientes ayudan a resolver el problema de las galaxias con bajo peso, pero Bregman calcula que esto sólo representa la mitad de la materia bariónica necesaria para equilibrar la balanza cósmica. Y explicar el paradero del resto es donde las cosas empiezan a ponerse realmente interesante.
Hay algunas explicaciones mundanas.
Bregman, por ejemplo, cree que pudimos encontrar el resto dentro de las galaxias si miramos aún más lejos hacia fuera de sus centros, en las regiones distantes donde su fuerza de gravedad se desvanece.
Nos hemos aventurado lo suficientemente fuera para tener en cuenta toda la materia que falta ya, dice ella - el único problema es que las mediciones se han llevado a cabo por diferentes equipos que no han tenido la oportunidad de combinar sus resultados.
Ella está trabajando en la combinación de ellos ahora, y aunque se advierte que es inevitable que haya cierta incertidumbre en el resultado final, ella cree que hay una buena posibilidad de que podamos hacer que se sumen las cosas. Otros no están convencidos.
Después de todo, las propias galaxias son una pequeña fracción del volumen del universo.
Unidas en grandes grupos, se encuentran en las intersecciones de filamentos de ese hilo juntas para formar lo que se conoce como la red cósmica. En las separaciones entre los filamentos de la red cósmica hay huecos miles de millones de veces más vacíos que cualquier vacío que podemos construir en la Tierra.
Tal vez la materia perdida va a aparecer aquí.
nos dan la mejor oportunidad en la detección de materia perdida
Buscar cualquier materia escondida en estos huecos está acompañada de complejidad.
Y plantea otra espinosa cuestión:
Eso requeriría mucha más energía de la que la mayoría de los procesos galácticos podrían generar.
Durante los últimos cinco años, Genel ha sido un miembro clave del proyecto Ilustris, una de las más grandes y más complejas simulaciones del universo jamás construidas.
Ejecutado en una red global de superordenadores, Ilustris es lo más cercano que podemos llegar para recrear el universo en el laboratorio. Parte de su poder radica en que permite a los investigadores determinar la intensidad de cualesquiera procesos que les gusten, incluso si la física detallada sigue siendo borrosa.
Por lo que usted puede, por ejemplo, ajustar los parámetros del comportamiento de su agujero negro como desee, y ver lo qué especie de universo surge.
Tenemos la tendencia a pensar en los agujeros negros como torbellinos ineludibles, no cañones cósmicos, pero sus potentes campos gravitatorios las hacen estar entre los generadores de energía más eficientes en el universo.
Cuando el material de la galaxia alrededor cae hacia un agujero negro, casi el 10% se convierte en energía. Esto es suficiente para acelerar algunas de las partículas restantes muy cerca de la velocidad de la luz, haciendo que se disparen desde el disco de acreción en dos chorros en direcciones opuestas.
Los chorros se disparan a través de la galaxia, compartiendo esa energía con el gas que encuentran, dice Genel.
Los astrónomos han visto exactamente tal efecto en los cúmulos de galaxias, como enormes burbujas de gas caliente expandiéndose lejos del centro galáctico.
La simulación Illustris demostró que los agujeros negros podrían ser lo suficientemente potentes como para tirar bariones mucho más allá de los confines de un cúmulo galáctico. Pero hubo un problema.
En la primera - y hasta ahora la único – ejecución de Illustris, el efecto de los agujeros negros era tan fuerte que algunos cúmulos de galaxias perdieron casi el 90 por ciento de sus bariones.
Es una sobreestimación de que el equipo ha estado trabajando durante el último año para corregir, volver a calibrar sus descripciones de los agujeros negros para que sean más realistas, en línea con el dato observado de alrededor del 50%.
Mayormente faltante
Sólo una pequeña fracción del universo es visible para nosotros hoy en día.
Si tienen éxito, significa no sólo que los bariones perdidos podrían estar flotando a través de los vacíos cósmicos, pero que los agujeros negros están bombeando más para unirse a ellos todo el tiempo.
Ya sabemos que en los próximos miles de millones de años, los cúmulos de galaxias se desplazarán más lejos y más lejos gracias a la energía oscura y la expansión cada vez más rápida del universo.
Pero si los bariones están desapareciendo por el desagüe más rápido de lo que el grifo puede sustituirlos, estos grupos podrían empezar a desmoronarse también.
El futuro distante de nuestro universo está empezando a parecer
bastante sombrío.
"Sus campos gravitacionales convierten los agujeros negros
en cañones cósmicos”
Por supuesto, una simulación por ordenador sólo puede decir hasta allí.
Así que lo que realmente nos gustaría hacer es averiguar si este gas realmente está allí.
Y mientras nuestra capacidad actual para ver la radiación de rayos X a través del universo es muy limitada, nuestros ojos están a punto de abrirse. El siguiente instrumento de rayos X a gran escala planeado debe ser capaz de ver algo del gas difuso en el rango de temperatura de millones de grados Kelvin-- siempre y cuando esté donde los astrónomos piensan que está.
La misión Athena de la Agencia Espacial Europea será 100 veces más sensible que los telescopios de rayos X que actualmente están en órbita. El telescopio no se lanzará hasta el 2028.
Y la NASA tiene su propio proyecto en las obras.
ARCUS es un telescopio diseñado para utilizar las luces brillantes de galaxias distantes para muestrear todo el gas caliente de rayos X dentro de los límites gravitatorios de muchas galaxias. Si se le da el visto bueno, podría entrar en funcionamiento en 2023.
El descubrimiento de ellas sería enorme para la cosmología.
Nuestra comprensión de la evolución de las galaxias depende de la comprensión de lo que ocurre con las agrupaciones de bariones, y nuestras reconstrucciones de los inicios del universo emergen de la forma en que se comportan los bariones.
Al igual que un par de faros en una carretera nacional oscura, la materia bariónica es el único signo visible que tenemos de algo mucho más grande pasando en el fondo.
Esta 2,5 por ciento faltante del cosmos podría ser nuestra herramienta más valiosa para comprender todo lo demás.
|
