Archivo de la etiqueta: materia obscura

Se explicó la rareza de NGC 1052-DF2, ahora KKS 2000-04.

La galaxia difusa NGC 1052-DF2 se presentó como una galaxia con poco o nada de materia obscura (pdp, NGC 1052-DF2, una galaxia sin materia obscura, https://paolera.wordpress.com/2018/03/28/ngc-1052-df2-una-galaxia-sin-materia-obscura/)

Click to enlarge image

Imagen de DF2 ahora recatalogada como KKS 2000-04 obtenida por Obs. Gemini. Ampliación del centro donde se observan estrellas espacialmente separadas por HST.

Se la suponía a unos 60 millones de años luz (AL) de Casa, por lo que debía ser más grande que la Vía Láctea y con muchas menos estrellas que la Nuestra debido a su característica de difusa. Eso, junto con el estudio de sus cúmulos globulares, indicaba que esta galaxia tenía poco o nada de materia obscura. Se responsabilizaba de ello al brusco nacimiento de estrellas que con su radiación expulsaron materia de la galaxia o a la acción gravitatoria de otra galaxia que en una visita cercana absorbió gravitacionalmente toda esa materia.

Pero resultó que DF2 está más cerca que lo que se pensaba.
Su distancia fue sobrestimada. Está a un poco más de la mitad de la distancia pensada; se estima que se encuentra a unos 40 millones de AL de nosotros.
Con esta nueva distancia, las observaciones se relacionan con una información diferente.
Se trata de una típica galaxia de bajo brillo superficial, no tan grande como se creía antes, y el estudio de sus cúmulos globulares está relacionado a estructuras y luminosidades similares a los de otras galaxias. Ahora, las características de esta galaxia indican que tiene la materia obscura esperada para un sistema estelar de su tipo.
Se la renombra como KKS 2000-04 ya que su nueva distancia la excluye de estar relacionada con NGC 1052.

The Carnegie-Irvine Galaxy Survey (CGS)

¿Sucederá lo mismo con NGC 1052-DF4? (pdp, La untradifusa DF4, otra galaxia casi sin materia obscura, https://paolera.wordpress.com/2019/04/01/la-ultradifusa-df4-otra-galaxia-casi-sin-materia-obscura/). Recordemos que esta otra galaxia ultradifusa mostraba características similares a DF2 y se la consideraba a una distancia similar de nosotros.

Referencias:

Fuente:

pdp.

Anuncios

Los agujeros negros primordiales no alcanzan para ser la elusiva materia obscura.

En la búsqueda de la materia obscura se han conjeturado muchas cosas, una de ellas ya fue descartada.
La materia obscura, es la responsable de mantener unidas a las estructuras galácticas, sin ella, las partes exteriores de las galaxias se desmenuzarían. En esas regiones las estrellas se mueven más rápido de lo esperado y si no fuera por la materia obscura que las retiene gravitacionalmente, sencillamente escaparían.
Esta materia recibe el calificativo de obscura porque sólo se la detecta gravitacionalmente, no se la puede observar ni interactúa electromagnéticamente con la materia ordinaria.

Video:  ¿Qué es la Materia Oscura?

Instituto de Física Teórica IFT

Publicado el 11 sept. 2015.

Siendo el 85% de la materia existente, mucho se conjeturó sobre su naturaleza.
Se pensó que estaba formada por WIMPs, partículas de baja interacción con la materia ordinaria. También se pensó en nubes de Hidrógeno frías y por lo tanto de difícil detección. Se la consideró como un fluido (La materia obscura como fluido || Pablo Della Paolera); se llegó a pensar que esta materia no existía y que había que modificar la Ley de Gravitación (Ley de Gravitación Modificada o Materia obscura || Pablo Della Paolera). Hasta se pensó que se trataba de una familia de partículas con la capacidad de decaer o destruirse formando otras partículas (La materia obscura dinámica || Pablo Della Paolera). Otra idea se basaba en que si es tan común, debería estar entre nosotros; luego, a pequeñas escalas sería repulsiva.
No se tardó en pensar que la materia obscura y los agujeros negros eran la misma cosa (La materia obscura y los agujeros negros ¿son la misma cosa? || Pablo Della Paolera) .
Como resultado de asimilaciones de galaxias menores, en una gran galaxia pueden haber muchos agujeros negros sin detectarse. Eso puede deberse que están en regiones donde no hay materia para absorber y por lo tanto no hay emisión de radiación ni chorros de energía que los delate.
Así, desde las sombras, ejercen gravedad en forma de la elusiva materia obscura (debo reconocer que esta idea me resultaba atractiva).

Los agujeros negros son regiones de extrema gravedad. Se sabe que la luz se desvía cuando pasa cerca de una gran concentración de materia produciéndose lo que se conoce como lente gravitacional, ya que la luz tiende a enfocarse como por una lente convergente (una lupa).
De esta manera, cuando las estrellas de una galaxia pasan detrás de un agujero negro (o éste pasa delante de ellas) se debe observar una esporádica variación en su imagen o brillo, como si pasáramos una lupa rápidamente por un objeto luminoso puntual.
De hecho, así se detectó a la estrella individual más lejana (MACS J1149 LS1, la estrella más lejana observada individualmente || Pablo Della Paolera).
Esta estrella pasó detrás de una lente gravitacional, en este caso ejercida por una galaxia, y se vio magnificada por el “efecto lupa” que hizo que se desvíe hacia nosotros una mayor cantidad de su luz.

Se piensa que en el espacio interestelar, o sea dentro de una galaxia, hay agujeros negros primordiales. Éstos se habría formado en los albores del Universo, cuando aún había regiones de alta densidad. Estos objetos tendrían masas desde fracciones de miligramos a miles de masas solares. ¿Pueden este tipo de agujeros negros ejercer la atracción adjudicada a la materia obscura? O sea; ¿esta materia está dada por agujeros negros primordiales?

La galaxia de Andrómeda es la espiral más cercana que tenemos. Aprovechando su cercanía, fue observada pensando que, si la materia obscura que hay en ella está dada por una gran cantidad de agujeros negros primordiales vagando por ella, se debería observar ocasionales magnificaciones de estrellas por microlentes gravitacionales, lo que se evidenciaría como aleatorios y breves aumentos de luminosidades estelares.
Se detecto un sólo caso (el equivalente al 0,1% de lo esperado), lo que es muy poco relevante como para adjudicarles por completo a los agujeros negros el efecto de materia obscura (hay que ver qué origina el 99,99% restante de este efecto).

Referencia:

  • What is Stephen Hawking’s theory of Dark Matter and why it is ruled out?

Fuente:

  • Microlensing constraints on primordial black holes with Subaru/HSC Andromeda observations, Hiroko Niikura et al.

pdp.

La ultradifusa DF4, otra galaxia casi sin materia obscura.

La materia obscura es la que mantiene unida a las estructuras galácticas.
Sin ella, la galaxias se desarmarían, al menos su partes exteriores se verían perdiendo estrellas.
Observando galaxias lejanas, las vemos como eran en sus comienzos debido al tiempo que tarda en llegarnos su luz. Así se observaron galaxias que en su juventud no tenían demasiada materia obscura. Eso se evidenció por sus estrellas más alejadas del centro, las que rotaban más lentamente que las estrellas alejadas del centro en otras galaxias retenidas por materia obscura (La materia obscura era menos influyente en la juventud del Universo | Pablo Della Paolera – https://paolera.wordpress.com/2017/03/15/la-materia-obscura-era-menos-influyente-en-la-juventud-del-universo/).

Luego se descubrió una galaxia ultradifusa catalogada como DF2.

A photo of the DF2 galaxy

Imagen de DF2 crédito de  NASA, ESA, and P. van Dokkum [Yale University]


A 65 millones de años luz de Nosotros, con un tamaño similar al de la Vía Láctea pero con muchas menos estrellas, esta galaxia mostraba muy poca materia obscura (NGC 1052 – DF2, una galaxia sin materia obscura | Pablo Della Paolera – https://paolera.wordpress.com/2018/03/28/ngc-1052-df2-una-galaxia-sin-materia-obscura/).

Ahora se encontró otra galaxia ultradifusa con las mismas características; o sea, con casi nada de materia obscura. Se trata de la catalogada como NGC 1052 – DF4 a una distancia de Nosotros similar que DF2

Esto demuestra que la relación entre materia ordinaria y obscura es puramente gravitatoria.
La materia obscura puede se separada de una galaxia; posiblemente por un brusco episodio de generación de estrellas masivas y muy activas que expulsan a la materia obscura con su gran viento estelar (flujo de radiación y partículas). Otra opción, es que la materia obscura de estas galaxias haya sido absorbida gravitacionalmente por otra galaxia más masiva en algún encuentro cercano entre ambas; posiblemente la elíptica NGC 1052 a las que son vecinas.

Referencia:

Fuente:

pdp.

Energía obscura y materia obscura en una sola teoría.

La energía obscura y la materia obscura sólo comparten el calificativo.
Eso se debe a que aún se desconoce la naturaleza de ambas.
La materia obscura es la que se encarga de mantener unidas las estructuras galácticas. Por ejemplo: las estrellas más alejadas del centro galáctico se mueven más rápido de lo esperado por lo que deberían escapar. Así, las regiones externas deberían desmenuzarse. Sin embargo, es la materia obscura la que gravitacionalmente las mantiene en la galaxia.
No interactúa de otra manera con la materia ordinaria por lo que no puede detectársela de otra manera que la gravitatoria.

La energía obscura, es la que se encarga de hacer que la expansión del Universo sea cada vez mayor. Es el trabajo encargado de acelerar el alejamiento de las galaxias lejanas.
Si bien se la considera parte inherente del tramado espacio-tiempo, su naturaleza aún se estudia.

Para diciembre del 2018, se desarrolló un modelo que pretende explicar la naturaleza de ambas y más; las vincula como que tienen al mismo origen.
Recordemos que un modelo explicativo del comportamiento de un sistema, no necesariamente debe tener el mismo aspecto o apariencia física que ese sistema.
Por ejemplo: El modelo atómico de Bohr dado por un núcleo formado por protones y neutrones rodeado de electrones, es eso, un modelo que explica el comportamiento del átomo. Ahora, nadie vio un átomo para saber si es así o no… y no importa, el modelo sirve, explica y predice fielmente su comportamiento.

El modelo que trata de explicar a la materia y energía obscuras, se basa en un tipo de materia con una propiedad muy particular; es una materia “negativa”.
Si la materia es una forma de energía, y hay energías negativas como por ejemplo la potencial gravitatoria y los trabajos hechos en contra de una fuerza, bien, a alguien se le ocurrió que podría haber materia negativa.
No es la primera vez que se habla de materia negativa.
Se pueden modelar burbujas de aire en agua a través de materia negativa.

1

Imagen crédito:  Mike Lewinski/Flickr, CC BY-ND

De hecho, hay modelos de materia negativa que explican el comportamiento de ciertas partículas halladas en experimentos de la laboratorio.

Para que este tipo de materia exista, habría que retocar otras teorías para que permitan su aparición en el Universo.
Esta materia tendría una propiedad repulsiva con la materia “positiva”.
Así, a gran escala, aceleraría por repulsión el alejamiento de los grandes sistemas galácticos. A escalas galácticas, los halos de materia obscura de las galaxias, se habrían formado de una manera similar a las burbujas de aire en el agua.

Video: Simulation of a Forming Dark Matter Halo.
This is a simulation from a scientific paper titled “A unifying theory of dark energy and dark matter: Negative masses and matter creation within a modified LambdaCDM framework” by Jamie Farnes.

Publicado el 21 nov. 2017

Las estrellas de las regiones externas de las galaxias no escaparían y podrían moverse más rápido de lo esperado, gracias a la repulsión que sienten desde afuera por parte de esta materia negativa. Dentro de la galaxia, la mayor cantidad de materia estaría dada por la materia ordinaria, por lo que la gravitación atractiva que todos conocemos sería la dominante.

Si bien no es mi especialidad, el único detalle que le encuentro a este modelo basado en materia negativa, es que su repulsión con la positiva no está de acuerdo con que la materia ordinaria se acumuló en los filamentos de materia obscura para formar las estructuras galaxias. Quizás este sea otro modelo a corregir.

Referencia:

Fuente:

  • A Unifying Theory of Dark Energy and Dark Matter: Negative Masses and Matter Creation within a Modified ΛCDM Framework, J. S. Farnes.
    (Submitted on 18 Dec 2017 (v1), last revised 26 Oct 2018 (this version, v2)).
    https://arxiv.org/abs/1712.07962

pdp.

El telescopio espacial James Webb podría confirmar la estructura de la materia obscura.

La elusiva materia obscura podría mostrar interacciones no gravitatorias con la materia ordinaria de los albores de Universo.

Esta materia es la que mantiene unida a las galaxias. En sus filamentos colapsó la materia ordinaria dando origen a las estructuras galácticas, las que son enjambres enormes de estrellas que conviven con materia ordinaria.

Video: The first stars turning on in the Universe.

Ethan Siegel
Publicado el 23 ene. 2015.
Animation / simulation by NASA’s Spitzer Space Telescope team of the formation of the first stars in the Universe.

Pero la materia obscura sólo interactúa con la ordinaria en forma gravitacional, de ahí su calificativo de obscura. Lamentablemente al menos hasta ahora no se observó ni detectó materia obscura que no sea por su acción gravitatoria.

Sabemos que los eventos ultralejanos, se dieron en el origen del Universo. También sabemos que la energía o radiación proveniente de esos eventos o de las fuentes involucradas, llega a nosotros “corrida” a longitudes de onda mucho mayores por un efecto relativístico. Así es como vigorosos eventos energéticos ultralejanos dados en longitudes de onda cortas, nos llegan en longitudes de onda mayores, en el infrarrojo, infrarrojo cercano y más allá; en luz donde nuestros telescopios no son sensibles.
Nos estamos perdiendo una ventana de observación.

El Universo es activo en la longitud de onda de 21 cm. observable con radiotelescopios. En esa longitud de onda el Hidrógeno emite naturalmente.
Las nubes de Hidrógeno lejanas, las primeras en darse en el Universo, envían esa actividad en 21 cm. la que nos llega corrida más aún hacia longitudes de onda mayores.
En observaciones del Universo joven realizadas en esas longitudes de onda, se detectó radiación estelar de cuando el Universo tenía apenas 180 millones de años de edad.
Aquí hay un enorme descubrimiento, las primeras estrellas ultralejanas.

Además, estas estrellas están interactuando con el Hidrógeno que las rodea. Analizando esos escenarios, se detectó que el Hidrógeno irradió en esa frecuencia entre los 180 millones y 260 millones de años de edad del Universo. Lo sorprendente es que estaba más frío de lo esperado.
Los modelos actuales (standard) no explican esa menor temperatura observada. Algo se está escapando en los modelos standard. Así, surge la idea de que ese proceso de enfriamiento se deba a interacciones del Hidrógeno primordial (materia ordinaria) con materia obscura.
De ser así, sería la primera evidencia de interacción entre ambos tipos de materia que no sea de manera gravitacional. Pero esto debe confirmarse con observaciones hechas en esa ventana que nos estamos perdiendo.

El telescopio espacial James Webb, aún en tierra, será sensible a las longitudes de onda del infrarrojo necesarias para obtener datos del Universo en esa ventana observacional que nos estamos perdiendo.
Luego, este instrumento podría llevar a otro gran descubrimiento: la interacción no gravitatoria entra la materia obscura y la ordinaria en los albores del Universo, lo que está relacionado con las partículas componentes de la materia obscura y sus propiedades.
Cha, cha, cha, chaaaaaaaannnn…. (continuará).

Referencia:

Fuente:

pdp.

Tranquilos, es sólo materia obscura.

Las galaxias crecen engullendo a otras menores.
Eso se evidencia en las corrientes estelares o de estrellas. Estas corrientes, son grupos de estrellas que comparten su movimiento en la Galaxia, como una corriente de agua que fluye por el océano.
Hay varias corrientes estelares en nuestra Vía Láctea, una de ellas es la denominada S1.
Esta corriente es la más cercana al Sol.

ILustración del Sol (en color anaranjado) entre las estrellas de S1. – Crédito: C. O’Hare; NASA/Jon Lomberg, via Physics

Es el resultado de la asimilación de una galaxia similar a la enana esferoidal en la constelación de Fornax. Recordemos que las galaxias se mantienen armadas gracias a la elusiva materia obscura; esa materia que se manifiesta gravitacionalmente, pero no puede observarse.
Luego, si S1 es el resultado de la asimilación de una galaxia enana, es altamente probable que en esa corriente exista materia obscura de aquella galaxia.
Lo interesante es que S1 está pasando por las vecindades del Sol, o sea por nuestro Sistema Solar, en fin, por nuestro barrio en la Galaxia. De esta manera, estaríamos dentro el flujo de materia obscura de esa corriente.
Obviamente nada malo nos está sucediendo. Lo que demuestra que esa materia bien puede estar entre nosotros, y por lo tanto, ser más común de lo que creemos.

Referencia:

Fuente:

  • arXiv:1807.09004v2 [astro-ph.CO] 7 Nov 2018, A Dark Matter Hurricane: Measuring the S1 Stream with Dark Matter Detectors, Ciaran A. J. O’Hare et al.
    https://arxiv.org/pdf/1807.09004.pdf

pdp.

La materia obscura como fluído.

El Universo está dominado por la energía obscura y por la materia obscura (https://es.wikipedia.org/wiki/Materia_oscura).
Ambas comparten el calificativo por desconocerse si origen.
La primera, es la responsable de la expansión del Universo y es propia de la trama espacio-tiempo (pdp, 05/ago./2018, Sobre el origen de ma enegía obscura, https://paolera.wordpress.com/2018/08/05/sobre-el-origen-de-la-energia-obscura/).
La segunda, es la responsable de mantener unidas a las estructuras galácticas, pero no es observable ni detectable salvo gravitacionalmente.
Se piensa que la materia obscura está formada por partículas de muy baja interacción llamadas wimps (https://es.wikipedia.org/wiki/WIMP). Es una idea casi natural, la de pensar que la materia está compuesta por partículas. El problema es que aún no es posible detectar los wimps; hasta se llegó a conjeturar que a pequeñas escalas la materia obscura es repulsiva, por eso no podemos detectarla cerca nuestro, ni a nuestro alrededor ya que es tan común (pdp, 04/may./2017, ¿Propiedad repulsiva de la materia obscura?, https://paolera.wordpress.com/2017/05/04/propiedad-repulsiva-de-la-materia-obscura/).
Se sospechó que podría tratarse de nubes de hidrógeno frías de difícil detección y hasta de agujeros negros (pdp, 31/may./2018, La materia obscura y los agujeros negros, https://paolera.wordpress.com/2018/05/31/la-materia-obscura-y-los-agujeros-negros-son-la-misma-cosa/).

Lo cierto es que la materia obscura no interactúa con la materia ordinaria, salvo gravitacionalmente. Tampoco interactúa con la radiación, salvo que responde a la presión de radiación (viento estelar) redistribuyéndose. Esto último se confirmó observando galaxias gemelas donde la distribución de materia obscura no era la misma por ser redistribuida por la radiación de las estrellas jóvenes. Así quedó descartada una corrección a la teoría de gravitación para explicar los efectos gravitacionales supuestamente causados por esta materia (pdp, 10/sep./ 2018, Ley de gravitación modificada o materia obscura…, https://paolera.wordpress.com/2018/09/10/ley-de-gravitacion-modificada-o-materia-obscura-las-galaxias-enanas-deciden/).

¿Y si la materia obscura no está compuesta por partículas?, ¿y si es inherente del espacio como lo es la energía obscura?, hasta quizás estén relacionadas.
Veamos.

Video: Dark Matter Streams – Ralf Kähler (estructuras de materia obscura)

Publicado el 27 mar. 2012.

La morfología y distribución de las estructuras galácticas implican la existencia de este tipo de materia. De no existir, estas estructuras serían menos notables (o no existirían).
El estudio de las lentes gravitatorias (http://www.starneutron.com/2011/10/lentes-gravitatorias-una-explicacion-sencilla/) dice que hay más materia que la observable curvando el camino de la luz de objetos lejanos.

El estudio de la radiación de fondo en micro-ondas proveniente del origen del Universo muestra una “textura rugosa”. Eso indica que en el comienzo el Universo tenía una densidad del orden del 0,01% de la actual. Incluso las galaxias lejanas (observadas jóvenes por la gran distancia) muestran menos materia obscura que las más cercanas (observadas más actuales). Eso es consistente con materia obscura, de distribución uniforme y que luego comenzó a formar grumos o estructuras.

Hoy en día la materia obscura es fría y no relativística (no está sujeta a la relatividad).
Pero todo esto no necesariamente debe responder a materia obscura compuesta por partículas.
Esta materia puede ser una característica del espacio, inherente a Él, y responder al modelo de un fluido no compuesto por partículas.
Éste sería de bajísima viscosidad (y densidad), por lo que no se manifiesta francamente a pequeñas escalas y lo hace a grandes dimensiones. Apareció uniformemente y fue colapsando en estructuras por autogravitación. No interactúa con la luz, sólo siente la presión de radiación.

Hasta que no se detecte un wimp, esta es una opción.

Referencia: