Las ráfagas rápidas de radio ayudan a los científicos a rastrear la materia perdida del universo

Las ráfagas rápidas de radio se están convirtiendo en una nueva herramienta para la contabilidad cósmica

Durante décadas, los astrónomos se han enfrentado a un desajuste persistente en el inventario del universo. Los cálculos del cosmos primitivo indican que la materia ordinaria, los átomos que forman estrellas, planetas, gas y personas, debería representar una proporción mucho mayor del universo visible de la que los telescopios pueden contabilizar directamente hoy dentro de galaxias y estrellas. El 21 de julio, investigadores describieron una nueva forma de localizar esa parte faltante, utilizando una de las señales más breves y energéticas de la astronomía: las ráfagas rápidas de radio.

El trabajo, liderado por científicos del MIT como parte de la colaboración CHIME/FRB y publicado en Physical Review Letters, utiliza la forma en que las ráfagas de radio se distorsionan al atravesar el espacio intergaláctico. El resultado apunta a una imagen que muchos cosmólogos han sospechado, pero que les ha costado confirmar con evidencia directa: gran parte de la materia ordinaria “perdida” del universo parece estar repartida en nubes difusas alrededor de grupos de galaxias, extendiéndose más lejos de lo esperado.

Lo que faltaba no era la materia en sí, sino un mapa fiable

El problema nunca ha sido que los científicos pensaran que la materia desapareció. Más bien, las mediciones del universo joven y de la estructura cósmica posterior han implicado durante mucho tiempo que una cantidad sustancial de materia ordinaria debería existir fuera de las estructuras brillantes que la mayoría de las personas asocian con el cosmos. Las estrellas y las galaxias contienen solo una parte del total esperado. Se creía que el resto estaba distribuido de forma tenue en el gas entre las galaxias y a su alrededor, lo que dificulta detectarlo directamente.

Aquí es donde las ráfagas rápidas de radio, o FRB, resultan útiles. Son destellos ultrabrillantes de ondas de radio que duran solo milisegundos y que se originan en eventos poderosos del universo distante. A medida que una FRB viaja por el espacio, su señal se ve afectada por el material que atraviesa. En el informe proporcionado, se describe que la señal se vuelve “difusa” en el tiempo. Cuanta más materia haya a lo largo del trayecto, mayor será esa difusión cuando la ráfaga llegue a la Tierra.

Ese efecto básico les da a los astrónomos una manera de usar las FRB como sondas de material que de otro modo es difícil de ver. El reto consiste en separar cuánto de la distorsión proviene de la materia dentro de las galaxias y cuánto proviene del gas difuso en otros lugares.

Un nuevo método combina datos de ráfagas con la ubicación de galaxias

El equipo liderado por el MIT abordó ese problema de forma estadística. Según el texto fuente proporcionado, los investigadores midieron la difusión de miles de señales FRB detectadas en la Tierra y compararon esas mediciones con la ubicación de galaxias en todo el universo. Eso les permitió estimar cuánto de la distorsión de cada ráfaga estaba vinculado a la materia asociada con galaxias y cuánto se debía a otro material en el espacio circundante.

La importancia de ese paso no es solo que sugiera que la materia faltante está presente. También ayuda a localizar dónde tiende a concentrarse esa materia. Los investigadores informan que la materia ordinaria está concentrada en nubes muy difusas que rodean a grupos de galaxias y que esas nubes se extienden a distancias mayores de las que los científicos habían previsto.

En términos prácticos, eso significa que las galaxias pueden influir en una región del espacio mucho más amplia de lo que sugeriría una simple imagen de estrellas y disco. La materia no está confinada de forma ordenada a las estructuras brillantes visibles en las imágenes ópticas. En cambio, una parte considerable parece ocupar halos extendidos y entornos tenues que son más difíciles de observar directamente.

Por qué el resultado importa más allá de un problema de contabilidad

Los estudios sobre la materia perdida del cosmos no son solo ejercicios de contabilidad. El destino de la materia ordinaria está ligado a cómo se forman, crecen y se regulan las galaxias. El resultado resumido en el texto proporcionado respalda la idea de que la materia puede ser expulsada de las galaxias por procesos energéticos. Eso importa porque la evolución galáctica depende de ciclos de entrada y salida: el gas cae, forma estrellas y luego puede ser calentado o expulsado por la actividad estelar y otros eventos energéticos.

Si grandes cantidades de materia ordinaria están situadas lejos de las galaxias en nubes tenues, eso afecta a los modelos sobre cómo las galaxias retienen combustible para la futura formación estelar y cómo intercambian material con su entorno. También moldea los esfuerzos por conectar las observaciones del universo actual con las condiciones inferidas del cosmos primitivo.

El método del estudio puede resultar tan significativo como el resultado en sí. Durante años, las FRB se han considerado herramientas astrofísicas prometedoras, pero el creciente número de ráfagas detectadas está convirtiendo esa promesa en algo más sistemático. Una muestra de miles de eventos permite a los investigadores ir más allá de las anécdotas y usar estas señales como una sonda a gran escala de la estructura cósmica.

Ese es un cambio notable. En lugar de depender solo de los eventos más brillantes o más excepcionales, los astrónomos pueden comenzar a usar poblaciones de FRB para estudiar la distribución de la materia a través de enormes distancias. A medida que crezcan los catálogos de detección, la precisión de esos mapas debería mejorar.

Lo que los investigadores dicen que encontraron

El texto proporcionado cita al estudiante de posgrado del MIT Haochen Wang diciendo que, en general, donde hay más galaxias, tiende a haber más materia perdida alrededor de ellas. Ese planteamiento es importante porque vincula la materia oculta no con anomalías aisladas, sino con la arquitectura más amplia del universo. La materia no está dispersa al azar. Parece seguir los entornos creados por galaxias y grupos de galaxias.

Por lo tanto, el estudio refuerza una imagen en la que gran parte del presupuesto de materia ordinaria reside en las grandes y tenues estructuras que rodean a las galaxias visibles, en lugar de dentro de los componentes brillantes de las propias galaxias. También implica que las suposiciones previas sobre hasta qué distancia llegan esas nubes difusas pueden haber sido demasiado conservadoras.

Una señal breve con implicaciones de largo alcance

Las ráfagas rápidas de radio siguen siendo uno de los fenómenos más intrigantes de la astronomía moderna, pero este trabajo muestra que su valor no se limita a comprender las ráfagas en sí. Se están convirtiendo en instrumentos para medir el universo de maneras que la imagen convencional no puede. Al tratar cada ráfaga como una sonda del espacio que atraviesa, los investigadores pueden aprender sobre una materia demasiado tenue y dispersa para destacarse por sí sola.

Eso hace que el nuevo resultado sea más que una actualización estrecha de la cosmología. Es evidencia de que la astronomía está entrando en una fase en la que los destellos de radio fugaces pueden ayudar a resolver una de las lagunas observacionales a gran escala más antiguas del campo. La materia ordinaria perdida quizá no estaba perdida en ningún sentido literal. Estaba esperando en reservorios difusos y extendidos alrededor de las galaxias, y las ráfagas rápidas de radio están ayudando ahora a ponerla a la vista.

Este artículo se basa en la cobertura de Phys.org. Leer el artículo original.