Sería pretencioso afirmar que conocemos cómo se comporta la materia oscura. Ahora, un nuevo descubrimiento indica que incluso lo poco que conocemos podría estar mal debido a un ingrediente que no habíamos considerado en las teorías sobre cómo se comporta la materia oscura.

Específicamente, los astrónomos encontraron que algunas concentraciones de materia oscura a pequeña escala producen efectos de lente que son 10 veces más fuertes de lo esperado.

Estas nuevas observaciones marcan una discrepancia con las simulaciones teóricas, sugiriendo que hay una gran brecha en nuestra comprensión. O bien estamos haciendo mal las simulaciones o podría haber una propiedad de la materia oscura que desconocemos completamente.

“Hemos realizado muchas pruebas de los datos de este estudio, y estamos seguros de que este desajuste indica que falta algún ingrediente físico en las simulaciones o en nuestra comprensión de la naturaleza de la materia oscura”, indicó Massimo Meneghetti, autor principal del estudio.

Los detalles de la investigación, que se apoyó del Telescopio Espacial Hubble y el Very Large Telescope (VLT), fueron publicados en Science.

Materia oscura

Podemos ver a la materia oscura como una especie de pegamento invisible que mantiene las estrellas, el polvo y el gas juntos en una galaxia. Esta enigmática sustancia representa la mayor parte de la masa de una galaxia y forma la base de la estructura a gran escala del universo.

La materia oscura no emite, absorbe ni refleja luz. Esto representa un gran obstáculo para su estudio, por lo que la única manera de detectarla es a través de sus efectos gravitacionales sobre la materia visible en el espacio.

En otras palabras, no comprendemos exactamente qué es la materia oscura, pero sabemos que hay algo ahí definiendo el comportamiento de la materia visible.

Los cúmulos de galaxias, las estructuras más masivas y recientemente ensambladas del Universo, son también los depósitos más grandes de materia oscura. Estos cúmulos están compuestos por galaxias individuales que se mantienen unidas en gran parte por la gravedad de la materia oscura.

“Los cúmulos de galaxias son laboratorios ideales para estudiar si las simulaciones numéricas del Universo que están disponibles actualmente reproducen bien lo que podemos inferir de las lentes gravitacionales”, declaró Meneghetti.

Discordancia

La distribución de la materia oscura se mapea midiendo la curvatura de la luz (el efecto de lente gravitacional) que producen. La gravedad de la materia oscura concentrada en cúmulos aumenta y deforma la luz de los objetos distantes que se encuentran detrás.

Cuanto mayor sea la concentración de materia oscura en un cúmulo, más dramático será el efecto de desvío de la luz.

La presencia de cúmulos de materia oscura a menor escala asociados con los cúmulos de galaxias individuales aumenta el nivel de distorsiones. En cierto sentido, el cúmulo de galaxias actúa como una lente a gran escala que tiene muchas lentes más pequeñas incrustadas en su interior.

Cuando los científicos analizaron los datos capturados del Hubble, pudieron producir un mapa de materia oscura preciso y de alta fidelidad. El equipo trabajó con tres cúmulos de galaxias: MACS J1206.2-0847, MACS J0416.1-2403 y Abell S1063.

Para sorpresa del equipo, además de los arcos dramáticos y las características alargadas de las galaxias distantes producidas por las lentes gravitacionales de cada cúmulo estudiado, las imágenes del Hubble también revelaron un número inesperado de arcos de menor escala e imágenes distorsionadas anidadas cerca del núcleo de cada cúmulo, donde los más masivos residen galaxias.

Los investigadores creen que las lentes anidadas son producidas por la gravedad de densas concentraciones de materia dentro de los cúmulos de galaxias individuales. Las observaciones espectroscópicas de seguimiento midieron la velocidad de las estrellas que orbitan dentro de varias de las galaxias del cúmulo para precisar sus masas.

El equipo comparó los mapas de materia oscura con muestras de cúmulos de galaxias simulados con masas similares, ubicadas aproximadamente a las mismas distancias. Los cúmulos en el modelo de computadora no mostraron el mismo nivel de concentración de materia oscura en las escalas más pequeñas, las escalas asociadas con los cúmulos de galaxias individuales.

Existe algo en la teoría que nos falta considerar. Por el momento, los astrónomos esperan encontrar qué está causando la discrepancia entre las simulaciones y las observaciones.