análisis de lentes gravitacionales

La materia oscura es el andamiaje invisible del universo. Sabemos que existe, lo deducimos por el movimiento de las estrellas y las galaxias, pero de qué está hecho ese andamiaje, aún no se sabe. Una de las hipótesis son las partículas ultraligeras, similares a los axiones.

En la galaxia NGC 1052 DF2, las estrellas se mueven a tan solo 8 kilómetros por segundo — como si no hubiera masa invisible alrededor. Para comparar: en nuestra Vía Láctea, las estrellas periféricas se aceleran hasta 200 kilómetros por segundo, retenidas por un masivo halo de materia oscura.

Un rayo de luz que pasa cerca de un cuerpo masivo se desvía: este es el efecto de lente gravitacional, conocido por las imágenes de galaxias lejanas. Los astrofísicos tomaron como base un agujero negro en rotación (el espacio-tiempo de Kerr) y añadieron una pequeña corrección a la forma en que se propaga la propia luz.

Cuando un planeta lejano pasa frente a su estrella, bloquea brevemente parte de la luz. Los astrónomos llaman a esto tránsito y por la profundidad de la caída deducen el tamaño del planeta. Pero la luz tiene una propiedad: un cuerpo masivo actúa como una lente.

Desde que Fritz Zwicky notó que los cúmulos de galaxias se movían demasiado rápido, y Vera Rubin midió la rotación de los brazos espirales, la materia oscura sigue siendo el principal enigma de la cosmología.

El modelo cosmológico estándar, basado en las ecuaciones de campo propuestas por Einstein, describe el Universo como un cóctel de materia oscura (descubierta gracias a Vera Rubin) y energía oscura en una proporción aproximada…

Casi un siglo después de que Fritz Zwicky sospechara que algo andaba mal en el movimiento de las galaxias del cúmulo de Coma, y Vera Rubin midiera las velocidades estelares en los brazos espirales, la naturaleza de la materia oscura sigue siendo uno de los enigmas más acuciantes.

La luz de una galaxia lejana viaja hasta nosotros a través de todo el universo, sorteando enormes acumulaciones de materia oscura y ordinaria. Su atracción curva ligeramente la trayectoria de los rayos, como si la corriente de un río rodeara rocas invisibles.

En los años 1930, Fritz Zwicky fue el primero en notar que las galaxias en cúmulos se movían demasiado rápido — las sostenía algo invisible. Más tarde, Vera Rubin midió la rotación de galaxias espirales y confirmó que el cosmos está impregnado de materia oscura.

A través de las ondulaciones del agua, las piedras en el fondo de la piscina parecen desplazadas y distorsionadas. De manera similar, la gravedad de la materia oscura invisible curva la luz de las galaxias lejanas: este fenómeno se conoce como lente gravitacional débil.

Dos agujeros negros chocan de frente a gran velocidad, mientras un tercero orbita cerca. En la vida cotidiana, un accidente así generaría una ráfaga de ondas gravitacionales (ondulaciones en el espacio, como las que produce una piedra al caer en un estanque).

Fotografiar los alrededores de un agujero negro es como grabar una fuente: una exposición corta congela las gotas, una larga las funde en rayas borrosas. La luz del gas incandescente que gira alrededor del agujero viaja hasta nosotros por caminos diferentes. Algunos rayos lo rodean en un arco, otros dan varias vueltas debido a la curvatura del espacio.

Cuando la luz pasa cerca de un cuerpo masivo como un agujero negro, su trayectoria se curva, un fenómeno predicho por Einstein.

Una galaxia se parece a un tiovivo gigante: las estrellas y el gas giran alrededor del centro, y la velocidad de su movimiento delata cuánta materia hay en ese tiovivo. Si solo viéramos la materia luminosa, las partes exteriores girarían más lentamente de lo que muestran las observaciones.

Una galaxia lejana, similar a nuestra Vía Láctea, expulsa gas al espacio, como un secador de pelo que sopla el polvo de una mesa. Siete rayos de luz de un objeto aún más distante atravesaron esta nube de gas, y los astrónomos vieron que el flujo de gas es estrecho, como un chorro de manguera, y no ancho, como un abanico.

En las oscuras profundidades del cosmos se esconde una materia invisible. No brilla, pero su atracción mantiene unidas a las galaxias. Por lo general, se considera que la materia oscura obedece las mismas leyes de la gravedad que las mesas y las sillas.

La materia oscura es como un pegamento invisible que mantiene unidas a las galaxias. No emite luz, pero si sus partículas chocan, puede destellar radiación gamma.

La luz de galaxias lejanas atraviesa acumulaciones de materia, y la gravedad de estas acumulaciones desvía ligeramente su trayectoria, como una lente. Por cuánto se distorsionan las imágenes de las galaxias lejanas, se puede inferir la distribución de la materia y cómo la gravedad afecta a la luz.

El cielo nocturno está lleno de estrellas, pero ellas son solo una pequeña parte de todo lo que existe en el universo. Los astrónomos notaron hace tiempo una rareza: las galaxias giran tan rápido que deberían despedazarse, pero no lo hacen. Algo invisible las mantiene unidas, como hilos invisibles que sujetan las cuentas de una rueda que gira.

Tres galaxias lejanas giran como tiovivos gigantes. Sus estrellas y su gas se mueven a lo largo de brazos espirales, y por la velocidad de ese movimiento se puede calcular cuánta materia hay en la galaxia, tanto visible como invisible.

Los cuerpos supermasivos curvan el espacio, convirtiéndose en una lente que refracta la luz de objetos lejanos. Esta curvatura del espacio permite a los astrónomos observar lo invisible. Recientemente, este método ayudó a descubrir un bloque oculto con la masa de un millón de soles.

La materia oscura es el fundamento invisible del Universo. Vera Rubin demostró su existencia por el movimiento de las estrellas, pero las partículas aún no han sido atrapadas.

Astrónomos encontraron en el Universo un objeto invisible que pesa apenas un millón de soles — para el cosmos es una nimiedad, cien veces más ligero que todo lo que se había podido 'pesar' a tales distancias. El objeto no brilla, pero se delató al curvar la luz de una galaxia aún más lejana.

Una esfera de silicio de 166 nanómetros de diámetro flota en el haz de un láser infrarrojo. La presión es inferior a 10⁻⁸ mbar, y la temperatura de movimiento ronda los 10 milikelvin. Esto es más frío que la radiación cósmica de fondo.