Esta imagen, que contiene casi 800.000 galaxias, del Telescopio Espacial James Webb de la NASA se superpone a un mapa de materia oscura, representado en azul. Los investigadores utilizaron datos del Webb para encontrar esta sustancia invisible mediante su influencia gravitacional sobre la materia ordinaria.
NASA/STScI/J. DePasquale/A. Pagano
Gracias a la sensibilidad sin precedentes del telescopio Webb, los científicos están aprendiendo más sobre la influencia de la materia oscura en las estrellas, las galaxias e incluso planetas como la Tierra.
Científicos, utilizando datos del Telescopio Espacial James Webb de la NASA, han creado uno de los mapas de materia oscura más detallados y de alta resolución jamás creados. Muestra cómo este material invisible y fantasmal se superpone y se entrelaza con la materia común, la que compone las estrellas, las galaxias y todo lo que podemos ver.
El mapa se basa en investigaciones anteriores para proporcionar confirmación adicional y nuevos detalles sobre cómo la materia oscura ha dado forma al universo en las escalas más grandes (cúmulos de galaxias de millones de años luz de diámetro) que finalmente dan origen a galaxias, estrellas y planetas como la Tierra.
“Este es el mapa de materia oscura más grande que hemos creado con el Webb , y es el doble de nítido que cualquier mapa de materia oscura realizado por otros observatorios”, afirmó Diana Scognamiglio, autora principal del artículo y astrofísica del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en el sur de California. “Anteriormente, observábamos una imagen borrosa de la materia oscura. Ahora, gracias a la increíble resolución del Webb, vemos el andamiaje invisible del universo con un detalle asombroso”.
La materia oscura no emite, refleja, absorbe ni bloquea la luz, y atraviesa la materia ordinaria como un fantasma. Sin embargo, sí interactúa con el universo a través de la gravedad, algo que el mapa muestra con una claridad inédita. La evidencia de esta interacción reside en el grado de superposición entre la materia oscura y la materia ordinaria. Según los autores del artículo, las observaciones de Webb confirman que esta estrecha alineación no puede ser una coincidencia, sino que se debe a que la gravedad de la materia oscura ha atraído a la materia ordinaria hacia ella a lo largo de la historia cósmica.
“Dondequiera que vemos un gran cúmulo de miles de galaxias, también vemos una cantidad igualmente masiva de materia oscura en el mismo lugar. Y cuando vemos una delgada cadena de materia regular que conecta dos de esos cúmulos, también vemos una cadena de materia oscura”, afirmó Richard Massey, astrofísico de la Universidad de Durham (Reino Unido) y coautor del nuevo estudio. “No se trata solo de que tengan la misma forma. Este mapa nos muestra que la materia oscura y la materia regular siempre han estado en el mismo lugar. Crecieron juntas”.
Una mirada más de cerca
Ubicada en la constelación de Sextante, el área que abarca el nuevo mapa es una sección del cielo aproximadamente 2,5 veces más grande que la Luna llena. Una comunidad global de científicos ha observado esta región con al menos 15 telescopios terrestres y espaciales para el Estudio de la Evolución Cósmica (COSMOS). Su objetivo: medir con precisión la ubicación de la materia regular en esta zona y compararla con la de la materia oscura. El primer mapa de materia oscura de esta zona se elaboró en 2007 con datos del Telescopio Espacial Hubble de la NASA , un proyecto dirigido por Massey y el astrofísico del JPL Jason Rhodes, coautor del artículo.
Webb observó esta región durante aproximadamente 255 horas e identificó casi 800.000 galaxias, algunas de las cuales se detectaron por primera vez. Scognamiglio y sus colegas buscaron entonces materia oscura observando cómo su masa curva el propio espacio, lo que a su vez desvía la luz que llega a la Tierra desde galaxias distantes. Al ser observada por los investigadores, es como si la luz de esas galaxias hubiera atravesado un cristal deformado.
El mapa del Webb contiene aproximadamente diez veces más galaxias que los mapas de la zona realizados por observatorios terrestres y el doble que el del Hubble. Revela nuevos cúmulos de materia oscura y captura una vista de mayor resolución de las áreas previamente observadas por el Hubble.
Para refinar las mediciones de la distancia a numerosas galaxias para el mapa, el equipo utilizó el Instrumento de Infrarrojo Medio del Webb ( MIRI ), diseñado y gestionado desde su lanzamiento por el JPL, junto con otros telescopios espaciales y terrestres. Las longitudes de onda que detecta MIRI también lo hacen idóneo para detectar galaxias ocultas por nubes de polvo cósmico.
Por qué es importante
Cuando el universo comenzó, la materia regular y la materia oscura probablemente estaban dispersas. Los científicos creen que la materia oscura comenzó a acumularse primero y que estas acumulaciones luego atrajeron la materia regular, creando regiones con suficiente material para que se formaran estrellas y galaxias.
De esta manera, la materia oscura determinó la distribución a gran escala de las galaxias en el universo. Y al propiciar que la formación de galaxias y estrellas comenzara antes de lo que habría ocurrido de otro modo, la influencia de la materia oscura también influyó en la creación de las condiciones para la formación de los planetas. Esto se debe a que las primeras generaciones de estrellas fueron responsables de convertir el hidrógeno y el helio —que constituían la gran mayoría de los átomos en el universo primitivo— en la rica variedad de elementos que ahora componen planetas como la Tierra. En otras palabras, la materia oscura proporcionó más tiempo para la formación de planetas complejos.
“Este mapa proporciona evidencia más sólida de que, sin materia oscura, podríamos no tener los elementos en nuestra galaxia que permitieron el surgimiento de la vida”, dijo Rhodes. “La materia oscura no es algo que encontremos en nuestra vida cotidiana en la Tierra, ni siquiera en nuestro sistema solar, pero sin duda nos ha influenciado”.
Scognamiglio y algunos de sus coautores también cartografiarán la materia oscura con el próximo Telescopio Espacial Nancy Grace Roman de la NASA , en un área 4400 veces mayor que la región COSMOS. Los principales objetivos científicos de Roman incluyen aprender más sobre las propiedades fundamentales de la materia oscura y cómo podrían haber cambiado a lo largo de la historia cósmica. Sin embargo, los mapas de Roman no superarán la resolución espacial del Webb. Un análisis más detallado de la materia oscura solo será posible con un telescopio de nueva generación como el Observatorio de Mundos Habitables, el próximo proyecto astrofísico insignia de la NASA.
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