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Nuevo descubrimiento acerca de la relación entre las galaxias y la materia oscura resuelve un misterioso problema cosmológico

March 10, 2023

  • Estudios recientes han mostrado que la luz se curva mucho menos alrededor de las galaxias masivas de lo predicho por modelos teóricos. Este hallazgo se ha interpretado como un fallo del modelo cosmológico.
  • Ahora, un equipo de científicos de instituciones españolas ha descubierto que el desajuste entre la teoría y las observaciones se debe a no modelar correctamente procesos astrofísicos. Sus conclusiones se publican hoy en la revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
  • Jonás Chaves-Montero, investigador postdoctoral del Institut de Física d’Altes Energies (IFAE), es el autor principal del estudio.
Simulated Galaxies

La cosmología es la rama de la astronomía que estudia las propiedades del universo en su conjunto. Uno de sus principales descubrimientos es que la materia oscura y la energía oscura constituyen aproximadamente el 95% del universo, no obstante, a pesar de su gran abundancia, estos componentes siguen siendo dos de los grandes misterios de la ciencia. Para estudiar la materia y la energía oscura, el llamado lado oscuro del universo, los cosmólogos miden la curvatura de la luz alrededor de las galaxias. Este fenómeno se conoce como lente gravitacional y está producido por el tirón gravitacional de las galaxias y la materia oscura que las rodea.

Por otro lado, la astrofísica se centra en las propiedades de cuerpos celestes como planetas, estrellas y galaxias. Durante mucho tiempo se pensó que la astrofísica no desempeñaba un papel importante en la cosmología ya que la materia oscura y la energía oscura no se pueden observar directamente. Sin embargo, este equipo ha descubierto que la relación entre las galaxias y la materia oscura depende mucho más de las propiedades de las galaxias de lo que se creía hasta ahora.

Lensing
Esta imagen ilustra el fenómeno de lente gravitatoria. Una galaxia lejana emite luz que pasa cerca de otra galaxia en su camino hacia nosotros. La gravedad de la galaxia cercana y la materia oscura que la rodea actúa como una lente, curvando la luz de la galaxia lejana. Estudios recientes muestran que la curvatura de la luz alrededor de las galaxias masivas es significativamente menor de lo que predicen nuestras teorías. Credit: Original image by NASA, ESA & L. Calçada; modifications by J. Chaves-Montero.

Los investigadores llegaron a esta conclusión analizando simulaciones informáticas muy avanzadas que tratan de imitar la distribución de materia oscura y galaxias en el universo. Encontraron que la curvatura de la luz alrededor de las galaxias de la simulación es menor de lo que predice la teoría estándar, de forma análoga a lo que se observa para galaxias reales. Por otro lado, descubrieron que la discrepancia entre la teoría y las observaciones desaparecía cuando se tenían en cuenta procesos astrofísicos que afectan la conexión entre las galaxias y la materia oscura.

“En el pasado, la cosmología y la astrofísica se consideraban dos disciplinas separadas pero nuestro estudio ha cuestionado esta idea. Nuestros hallazgos nos han hecho rediseñar los modelos cosmológicos, incluyendo ahora muchos procesos astrofísicos que no se habían considerado hasta el momento. Sólo así podremos mejorar nuestra comprensión del lado oscuro del universo”, afirma Jonás Chaves-Montero, investigador del Institut de Física d’Altes Energies (IFAE) y autor principal del estudio.

Simulated Galaxies
Distribución de galaxias y materia oscura en la simulación IllustrisTNG. Los investigadores midieron la curvatura de la luz alrededor de las galaxias simuladas y encontraron que es menor de lo predicho por modelos teóricos pero consistente con mediciones alrededor de galaxias reales. También descubrieron que la tensión desaparecía al tener en cuenta procesos astrofísicos que afectan la relación entre las galaxias y la materia oscura. Credit: TNG Simulations

Este estudio fue diseñado por los investigadores Jonás Chaves-Montero, Raúl Angulo y Sergio Contreras durante su estancia en el Donostia International Physics Center (DIPC) y para el análisis se utilizó el Centro de Supercomputación del DIPC. Jonás Chaves-Montero está ahora afiliado al Institut de Física d’Altes Energies (IFAE).