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La composición del Universo

La composición química del Universo y la naturaleza física de su materia constituyente son temas que han ocupado a los científicos durante siglos. De echo en el Universo un 4.6 % es materia ordinaria, un 23 % es materia oscura, y un 72.4 % es energía oscura. Hablaremos un poco de cada una de ellas.

En todo el Universo, las estrellas funcionan como plantas gigantes de reprocesamiento que toman elementos químicos ligeros y los transforman en otros más pesados. La composición original, denominada primordial, del Universo se estudia con tanto detalle porque es una de las claves para nuestra comprensión de los procesos en el Universo temprano.

Helio en el universo temprano

El astrónomo europeo Peter Jakobsen investigó la naturaleza de la materia gaseosa que llena el vasto volumen del espacio intergaláctico. Al observar la luz ultravioleta de un cuásar distante, que de otro modo habría sido absorbida por la atmósfera de la Tierra, encontraron la firma del helio largamente buscada en el Universo temprano. Esta fue una importante pieza de evidencia de apoyo para la teoría del Big Bang. También confirmó la expectativa de los científicos de que, en el Universo temprano, la materia que aún no estaba encerrada en estrellas y galaxias estaba casi completamente ionizada (los átomos fueron despojados de sus electrones). Este fue un importante paso adelante para la cosmología.

Hoy, los astrónomos creen que alrededor de una cuarta parte de la masa-energía del Universo consiste en materia oscura . Esta es una sustancia bastante diferente de la materia normal que forma los átomos y el mundo familiar que nos rodea. 

El enigma de qué está hecha la materia oscura aún está lejos de resolverse, pero las observaciones increíblemente nítidas de las lentes gravitacionales del telescopio espacial Hubble han proporcionado escalones para el trabajo futuro en esta área.

La materia oscura solo interactúa con la gravedad, lo que significa que no refleja, emite ni obstruye la luz (ni ningún otro tipo de radiación electromagnética). Debido a esto, no se puede observar directamente. Sin embargo, los estudios de Hubble sobre cómo los cúmulos de galaxias desvían la luz que pasa a través de ellos permite a los astrónomos deducir dónde se encuentra la masa oculta. Esto significa que pueden hacer mapas de dónde se encuentra la materia oscura en un cúmulo.

Los estudios de varios de estos grupos de astrónomos han demostrado que la ubicación de la materia oscura (como se deduce de las lentes gravitacionales con Hubble) no coincide con la distribución del gas caliente (como lo detectan en rayos X observatorios como el XMM-Newton de la ESA o el Chandra de la NASA). Esto apoya firmemente las teorías sobre la materia oscura: esperamos que los gases calientes disminuyan la velocidad a medida que chocan entre sí y aumenta la presión. La materia oscura, por otro lado, no debería experimentar fricción o presión, por lo que esperaríamos que atraviese la colisión relativamente sin obstáculos. De hecho, las observaciones de Hubble y Chandra han confirmado que este es el caso.

En 2018, los astrónomos utilizaron la sensibilidad de Hubble para estudiar la luz dentro de un grupo en la búsqueda de materia oscura . La luz intralúster es un subproducto de las interacciones entre galaxias. En el curso de estas interacciones, las estrellas individuales son despojadas de sus galaxias y flotan libremente dentro del cúmulo. Una vez libres de sus galaxias, terminan donde reside la mayor parte de la masa del cúmulo, principalmente materia oscura. Tanto la materia oscura como estas estrellas aisladas, que forman la luz intracúmulo, actúan como componentes sin colisiones. Estos siguen el potencial gravitacional del propio cúmulo. El estudio demostró que la luz intracluster está alineada con la materia oscura, trazando su distribución con mayor precisión que cualquier otro método que se base en trazadores luminosos utilizados hasta ahora.

materia oscura hubble
Estas imagenes capturadas por el Hubble muestran el cúmulo de galaxias masivas Cl 0024 + 17 (ZwCl 0024 + 1652). A la izquierda en luz visible se observan arcos azules de aspecto extraño que aparecen entre las galaxias amarillentas. Estas son las imágenes magnificadas y distorsionadas de galaxias situadas muy por detrás de la agrupación. Su luz se dobla y amplificada por la inmensa gravedad de la agrupación en un proceso llamado lente gravitacional. A la derecha, un matiz azul se añade para indicar la ubicación de material invisible llamada materia oscura. Créditos: NASA, ESA, MJ Jee y H. Ford (Universidad Johns Hopkins)

Aunque la materia oscura constituye la mayor parte de la materia del universo, solo representa aproximadamente una cuarta parte de la composición. El universo está dominado por la energía oscura.

Después del Big Bang, el universo comenzó a expandirse, los científicos pensaron que fruto de esa expansión se quedaría sin energía, disminuyendo la velocidad a medida que la gravedad atraía los objetos dentro de ella. Pero los estudios de supernovas distantes revelaron que el universo de hoy se está expandiendo más rápido de lo hacia en el pasado, no más lento, lo que indica que la expansión se está acelerando. Esto solo sería posible si el universo contiene suficiente energía para superar la gravedad: la energía oscura.

Energía oscura

Más intrigante aún que la materia oscura es la energía oscura. Los estudios de Hubble sobre la tasa de expansión del Universo han encontrado que la expansión en realidad se está acelerando. Los astrónomos han explicado esto usando la teoría de la energía oscura, que empuja al Universo cada vez más rápido contra la fuerza de la gravedad.

Como nos dice la famosa ecuación de Einstein, E = mc 2 , la energía y la masa son intercambiables. Los estudios de la tasa de expansión del cosmos sugieren que la energía oscura es, con mucho, la mayor parte del contenido de energía de masa del Universo, superando con creces tanto la materia normal como la materia oscura: parece que la energía oscura constituye casi el 70% del Universo conocido.

Si bien los astrónomos han podido avanzar en el camino hacia la comprensión de cómo funciona la energía oscura y qué hace, su verdadera naturaleza sigue siendo un misterio.

Para saber más:

Telescopio espacial Hubble

Materia Oscura ¿Qué es?

Iluminando la Materia Oscura

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El telescopio espacial Hubble revela la distribución de la Materia oscura

Los astrónomos que utilizan datos del Telescopio Espacial Hubble han empleado un nuevo método para detectar la materia oscura en los cúmulos de galaxias, se trata de observar la luz tenue en los cúmulos de galaxias, la luz intrascendente, esta mapea cómo se distribuye la materia oscura. El método permite a los astrónomos «ver» la distribución de la materia oscura con mayor precisión que cualquier otro método utilizado hasta la fecha y posiblemente podría usarse para explorar la naturaleza última de la materia oscura. 

Noticia completa en:
https://www.spacetelescope.org/news/heic1820/

¿Qué es la Materia oscura?

La materia oscura es una forma invisible de materia que compone la mayor parte de la masa del universo y forma su estructura subyacente. De echo en el Universo un 4.6 % es materia ordinaria, un 23 % es materia oscura, y un 72.4 % es energía oscura. La gravedad de la materia oscura permite que la materia normal en forma de gas y polvo formen estrellas y galaxias.

Los científicos calculan la masa de objetos grandes en el espacio estudiando su movimiento. Los astrónomos que examinaron galaxias espirales en la década de 1950 esperaban ver material en el centro moviéndose más rápido que en los bordes externos. En cambio, encontraron que las estrellas en ambas ubicaciones viajaban a la misma velocidad, lo que indica que las galaxias contenían más masa de la que se podía ver. Los estudios del gas dentro de las galaxias elípticas también indicaron la necesidad de más masa que la que se encuentra en los objetos visibles. Los cúmulos de galaxias se desintegrarían si la única masa que contenían fuera visible a las mediciones astronómicas convencionales.

Albert Einstein demostró que los objetos masivos en el universo se doblan y distorsionan la luz, lo que les permite ser utilizados como lentes. Al estudiar cómo la luz es distorsionada por los cúmulos de galaxias, los astrónomos han sido capaces de crear un mapa de la materia oscura en el universo. Todos estos métodos proporcionan una fuerte indicación de que la mayor parte de la materia en el universo es algo que aún no se ha visto. Por tanto aunque los astrónomos no pueden ver la materia oscura, sí pueden detectar su influencia mediante la observación de cómo la gravedad de galaxia masivas curvan y distorsiona la luz de las galaxias de fondo más distantes, un fenómeno conocido como lente gravitacional.

materia oscura hubble

Estas imagenes capturadas por el Hubble muestran el cúmulo de galaxias masivas Cl 0024 + 17 (ZwCl 0024 + 1652). A la izquierda en luz visible se observan arcos azules de aspecto extraño que aparecen entre las galaxias amarillentas. Estas son las imágenes magnificadas y distorsionadas de galaxias situadas muy por detrás de la agrupación. Su luz se dobla y amplificada por la inmensa gravedad de la agrupación en un proceso llamado lente gravitacional. A la derecha, un matiz azul se añade para indicar la ubicación de material invisible llamada materia oscura. Créditos: NASA, ESA, MJ Jee y H. Ford (Universidad Johns Hopkins)

Aunque la materia oscura constituye la mayor parte de la materia del universo, solo representa aproximadamente una cuarta parte de la composición. El universo está dominado por la energía oscura.

Después del Big Bang, el universo comenzó a expandirse, los científicos pensaron que fruto de esa expansión se quedaría sin energía, disminuyendo la velocidad a medida que la gravedad atraía los objetos dentro de ella. Pero los estudios de supernovas distantes revelaron que el universo de hoy se está expandiendo más rápido de lo hacia en el pasado, no más lento, lo que indica que la expansión se está acelerando. Esto solo sería posible si el universo contiene suficiente energía para superar la gravedad: la energía oscura.

La galaxia «transparente»

El Telescopio Espacial Hubble de la NASA ha obtenido la imagen de una galaxia de aspecto fantasmal llamada NGC 1052-DF2. Es una galaxia «transparente» porque se pueden ver claramente las galaxias distantes detrás de ella.
El objeto no tiene una región central perceptible, o incluso brazos en espiral y un disco, características típicas de una galaxia espiral. Pero tampoco parece una galaxia elíptica. Estas rarezas no son nada en comparación de la cosa aun mas rara que tiene, a NGC 1052-DF2 le falta la mayor parte de su materia oscura.

La materia oscura es una forma invisible de materia que compone la mayor parte de la masa del universo y forma su estructura subyacente. De echo en el Universo un 4.6 % es materia ordinaria, un 23 % es materia oscura, y un 72.4 % es energía oscura. La gravedad de la materia oscura permite que la materia normal en forma de gas y polvo formen estrellas y galaxias. Esta curiosa galaxia «transparente» contiene a lo sumo 1/400 la cantidad de materia oscura que los astrónomos esperaban.
La galaxia es tan grande como nuestra Vía Láctea, pero contiene solo 1/100 del número de estrellas que nuestra galaxia. Dado el gran tamaño del objeto y su apariencia tenue, los astrónomos clasifican a NGC 1052-DF2 como una galaxia ultradifusa. Se estima que NGC 1052-DF2 tiene alrededor de 10 mil millones de años. Reside a unos 65 millones de años luz de distancia.

En el siguiente vídeo podemos ver un zoom a la galaxia:

telescopios

Para saber más:

Dark Matter Goes Missing in Oddball Galaxy

Artículo en la revista Nature:  A galaxy lacking dark matter

Hubble Views a Galaxy Lacking Dark Matter

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¿Qué es la materia oscura?

La materia oscura es una forma invisible de materia que compone la mayor parte de la masa del universo y forma su estructura subyacente. De echo en el Universo un 4.6 % es materia ordinaria, un 23 % es materia oscura, y un 72.4 % es energía oscura. La gravedad de la materia oscura permite que la materia normal en forma de gas y polvo formen estrellas y galaxias.

Los científicos calculan la masa de objetos grandes en el espacio estudiando su movimiento. Los astrónomos que examinaron galaxias espirales en la década de 1950 esperaban ver material en el centro moviéndose más rápido que en los bordes externos. En cambio, encontraron que las estrellas en ambas ubicaciones viajaban a la misma velocidad, lo que indica que las galaxias contenían más masa de la que se podía ver. Los estudios del gas dentro de las galaxias elípticas también indicaron la necesidad de más masa que la que se encuentra en los objetos visibles. Los cúmulos de galaxias se desintegrarían si la única masa que contenían fuera visible a las mediciones astronómicas convencionales.

Albert Einstein demostró que los objetos masivos en el universo se doblan y distorsionan la luz, lo que les permite ser utilizados como lentes. Al estudiar cómo la luz es distorsionada por los cúmulos de galaxias, los astrónomos han sido capaces de crear un mapa de la materia oscura en el universo. Todos estos métodos proporcionan una fuerte indicación de que la mayor parte de la materia en el universo es algo que aún no se ha visto. Por tanto aunque los astrónomos no pueden ver la materia oscura, sí pueden detectar su influencia mediante la observación de cómo la gravedad de galaxia masivas curvan y distorsiona la luz de las galaxias de fondo más distantes, un fenómeno conocido como lente gravitacional.

materia oscura hubbleEstas imagenes capturadas por el Hubble muestran el cúmulo de galaxias masivas Cl 0024 + 17 (ZwCl 0024 + 1652). A la izquierda en luz visible se observan arcos azules de aspecto extraño que aparecen entre las galaxias amarillentas. Estas son las imágenes magnificadas y distorsionadas de galaxias situadas muy por detrás de la agrupación. Su luz se dobla y amplificada por la inmensa gravedad de la agrupación en un proceso llamado lente gravitacional. A la derecha, un matiz azul se añade para indicar la ubicación de material invisible llamada materia oscura. Créditos: NASA, ESA, MJ Jee y H. Ford (Universidad Johns Hopkins)

Aunque la materia oscura constituye la mayor parte de la materia del universo, solo representa aproximadamente una cuarta parte de la composición. El universo está dominado por la energía oscura.

Después del Big Bang, el universo comenzó a expandirse, los científicos pensaron que fruto de esa expansión se quedaría sin energía, disminuyendo la velocidad a medida que la gravedad atraía los objetos dentro de ella. Pero los estudios de supernovas distantes revelaron que el universo de hoy se está expandiendo más rápido de lo hacia en el pasado, no más lento, lo que indica que la expansión se está acelerando. Esto solo sería posible si el universo contiene suficiente energía para superar la gravedad: la energía oscura.

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