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Las propiedades físicas de la mayoría de las galaxias en el universo pueden ser explicadas en términos de tan sólo un parámetro. Esa es la controversial conclusión de un equipo de astrónomos que estudiaron 195 galaxias. Los científicos piensan que su descubrimiento podría significar que la materia oscura fría no existe.
Una de las preguntas más importantes en cosmología es cómo se formaron las galaxias desde una bola de fuego primordial después del Big Bang. Los físicos creen que la materia ordinaria -la que forma a las estrellas, planetas y seres humanos- habría sido distribuída regularmente a través del universo por la intensa radiación presente luego de la Gran Explosión. Pero eso hace bastante improbable que se formen densos grupos de materia que crezcan rápidamente para formar galaxias, que es lo que parece haber ocurrido menos de mil millones de años después del Big Bang.
La solución podría radicar en la materia oscura fría (cold dark matter en inglés, o CDM), una forma de materia invisible que interactuaría con la gravedad pero no con la radiación electromagnética. Según los astrofísicos, la materia oscura fría no habría sido distribuída regularmente por la radiación, sino que se habría agrupado gracias a la gravedad. Estas regiones más densas de materia oscura habrían luego evolucionado a galaxias con materia normal y oscura. La visión se respalda en las observaciones indirectas que sugieren que esta clase de materia aún desconocida forma la mayor parte de la masa de una galaxia típica.
Muchos astrofísicos creen que este proceso puede ser descripto por la teoría de formación jerárquica de galaxias, en la que progresivamente los mayores grupos de materia se atraen entre sí fusionándose en violentas colisiones. Por este proceso caótico de formación, debería haber entonces una amplia variedad de tipos de galaxias en el Universo. La visión parece respaldada con la observación de que las galaxias tienen varias propiedades, como el radio, la masa, la tasa de rotación y luminosidad, por ejemplo.
Seis en uno
Sin embargo, en la última década, los astrónomos encontraron que existen correlaciones entre algunas propiedades de las galaxias. El radio de una galaxia, por ejemplo, puede ser predicho por medición de su luminosidad. Ahora, Mike Disney, de la Universidad Cardiff y colegas, dicen haber mostrado que seis importantes propiedades de las galaxias están controladas por un único parámetro. Aunque el equipo aún no identificó ese parámetro, creen que está relacionado con la masa de las galaxias.
De acuerdo a Disney, el descubrimiento hace muy improbable que las galaxias se formen de acuerdo a la teoría jerárquica. Y va más allá al indicar que los resultados del equipo ponen a la existencia de la materia oscura fría en duda.
El equipo usó datos observacionales del radio telescopio Parkes en Australia para identificar unos 300 objetos candidatos a galaxias por las ondas de radio del hidrógeno neutro. Luego, Julianne Dalcanton y colegas de la Universidad de Washington buscaron en los datos ópticos del Sloan Digital Sky Survey (SDSS) a los mismos objetos y encontraron que 200 de ellos eran, efectivamente, galaxias.
Parámetro único
Usando estos datos, el equipo clasificó las galaxias en términos de seis propiedades independientes. Estos fueron dos radios ópticos (que definen los tamaños de las regiones de una galaxia que emite 50% y 90% de la luz del objeto); la luminosidad; la masa de hidrógeno neutro en la galaxia; la masa dinámica (que incluye a la materia oscura); y el color de la galaxia. Luego el equipo realizó análisis estadísticos de los datos y encontró cinco correlaciones entre estas seis propiedades, conduciéndolos a pensar que la estructura de estas galaxias es controlada por un solo parámetro. Aunque el equipo no fue capaz de concluir exactamente qué es ese parámetro, según Disney, parece tener una fuerte relación con la masa de las galaxias.
Disney arguye que el hallazgo resulta extraño a la teoría de formación jerárquica, de acuerdo a la cual la estructura de una galaxia estaría fuertemente influenciada por la naturaleza de las colisiones que la formaron. “Si ese fuera el caso esperaríamos ver 4-5 parámetros independientes”, explica.
Y como la teoría jerárquica tiene a la materia oscura fría en sus raíces, Disney cree que el estudio provee evidencia de que ese tipo de materia sencillamente no existe. “Quizás nuestras observaciones puedan ser explicadas por la materia oscura fría, pero no apostaría a ello”, desafía.
No todos están convencidos
Richard Bower, de la Universidad de Durham explicó a physicsworld.com que los defensores de CDM están al tanto de las correlaciones entre las propiedades de las galaxias y están tratando de explicarlas. “La teoría ha sido testeada exitosamente contra un número de correlaciones individuales”, indicó, pero admitió que los defensores de la materia fría oscura deben demostrar que la teoría puede lidiar con este método de análisis.
Bower indicó, además, que la fusión de galaxias no parece ahora tan importante como en versiones anteriores de la teoría jerárquica. Como resultado, él dice tener confianza en que la formación galáctica pueda ser explicada usando CDM. Además, el científico cuestionó el significado de la dominación del parámetro de masa sobre los demás, notando que la masa de las galaxias varían a lo largo de un rango dinámico más amplio que los otros parámetros, por lo que no es sorprendente que la correlación de masa sea la más fuerte.
Disney está ahora explorando teoría de formación de galaxias que no involucren a la materia oscura, sino a materia convencional.
Una alternativa al modelo de materia oscura fría es el modelo de jerarquía gravitacional, para el cual es necesario pequeñas fluctuaciones de densidad (espacios donde la densidad es un poco más elevada que la media). Aquellos espacios más densos, en consecuencia, con una mayor gravedad, atraen a la materia circundante. Claro que habría que saber explicar cómo y porqué se crean espacios de inhomogeneidades más densos…
Y también se ha postulado el modelo ruso, denominado como Modelo de panqueque, desarrollado por Yakov Borisovich Zel’dovich, que se basa en materia oscura caliente (es decir, partículas moviéndose a altas velocidades) que desarrollaría grandes estructuras a partir de las cuales se producirían fragmentos. Es, por tanto, una teoría “de arriba a abajo” en contraposición a la teorías que forman primero pequeñas estructuras que van creciendo por fusiones y colisiones.
Fuentes y links relacionados
- Galaxy survey casts doubt on cold dark matter
, por Hamish Johnston editor de physicsworld.com
- Correlations among the properties of galaxies found in a blind HI survey, which also have SDSS optical data
Diego A. Garcia-Appadoo, Andrew A. West, Julianne J. Dalcanton, Luca Cortese, Michael J. Disney
arXiv:0809.1434v1
Enviado a Monthly Notices of the Royal Astronomical Society
- El origen de las galaxias
Sobre las imágenes
Una selección de galaxias del estudio.
Crédito:Andrew West
Astronomía en Blogalaxia-Galaxias en Technorati-Ciencia en Bitácoras.com
