Una de las preguntas más apremiantes en cosmología es: "¿Cuánta materia hay en el universo?" Un equipo internacional de científicos ha logrado medir por segunda vez la cantidad total de materia. El equipo informa en The Astrophysical Journal que determinaron que la materia constituye el 31 por ciento del total de materia y energía del universo, y la energía oscura constituye el resto.
El primer autor, el Dr. Mohammed Abdullah, investigador del Instituto Nacional Egipcio de Astronomía y Geofísica de la Universidad de Chiba en Japón, explicó: "Los cosmólogos creen que sólo alrededor del 20% de la materia total está hecha de materia convencional o materia 'bariónica', que incluye estrellas, galaxias, átomos y vida". Alrededor del 80% está compuesto de materia oscura, cuyas misteriosas propiedades aún no se comprenden, pero que pueden estar compuestas por algunas partículas subatómicas aún no descubiertas. (ver imagen). "
"El equipo utilizó una técnica bien establecida para determinar la cantidad total de materia en el universo comparando el número observado y la masa de cúmulos de galaxias por unidad de volumen con predicciones de simulaciones numéricas", dijo la coautora Gillian Wilson, ex asesora graduada de Abdullah, profesora de física y vicerrectora de investigación, innovación y desarrollo económico en UC Merced. "El número de cúmulos estelares observados actualmente, la llamada 'abundancia de cúmulos', es muy sensible a las condiciones cosmológicas, especialmente a la cantidad de materia".
Anatoly Klypin de la Universidad de Virginia dijo: "Cuanto mayor sea la proporción de materia total en el universo, más cúmulos de estrellas se formarán. Pero es difícil medir con precisión la masa de cualquier cúmulo de galaxias porque la mayor parte de la materia es materia oscura, que no podemos ver directamente con telescopios".
Para superar esta dificultad, el equipo tuvo que utilizar un rastreador indirecto de masas de cúmulos de galaxias. Se basan en el hecho de que los cúmulos estelares más masivos contienen más galaxias que los cúmulos estelares menos masivos (relación de riqueza de masa: MRR). Dado que las galaxias están formadas por estrellas luminosas, el número de galaxias en cada cúmulo se puede utilizar para determinar indirectamente su masa total. Al medir la cantidad de galaxias en cada cúmulo en la muestra del Sloan Digital Sky Survey, el equipo pudo estimar la masa total de cada cúmulo. Luego compararon el número y la masa observados de cúmulos de galaxias por unidad de volumen con los predichos mediante simulaciones numéricas.
La mejor coincidencia entre los resultados de las observaciones y los resultados de la simulación es que el universo está compuesto por el 31% de la materia total. Este valor concuerda bien con las observaciones del fondo cósmico de microondas (CMB) del satélite Planck. Vale la pena señalar que CMB es una tecnología completamente independiente.
Validación y Tecnología
Tomoaki Ishiyama, de la Universidad de Chiba, dijo: "Medimos con éxito la densidad de la materia utilizando MRR por primera vez, lo que concuerda con los resultados obtenidos por el equipo de Planck utilizando el método CMB. Este trabajo demuestra además que la abundancia de cúmulos es una técnica competitiva para limitar los parámetros cosmológicos y es complementaria a técnicas que no son de cúmulos, como la anisotropía de CMB, las oscilaciones acústicas bariónicas, las supernovas de tipo Ia o las lentes gravitacionales".
El equipo cree que sus resultados son los primeros en utilizar con éxito la espectroscopía, una técnica que separa la radiación en bandas individuales o colores del espectro, para determinar con precisión la distancia a cada cúmulo y las verdaderas galaxias miembro que están unidas gravitacionalmente al cúmulo, en lugar de distractores de fondo o primer plano a lo largo de la línea de visión. Estudios anteriores que han intentado utilizar técnicas MRR se han basado en técnicas de imágenes mucho más toscas y menos precisas, como el uso de fotografías del cielo tomadas en ciertas longitudes de onda, para determinar la distancia de cada cúmulo a sus galaxias miembros reales.
Conclusiones y aplicaciones futuras
El artículo, publicado en el Astrophysical Journal el 13 de septiembre, no sólo demuestra que la tecnología MRR es una poderosa herramienta para determinar parámetros cosmológicos, sino que también explica cómo se puede aplicar a nuevos conjuntos de datos obtenidos a partir de estudios espectroscópicos de galaxias y de imágenes de campo amplio y profundo, como los realizados por el Telescopio Subaru, el Dark Energy Survey, el Dark Energy Spectrograph, el Euclid Telescope, el eROSITA Telescope y el James Webb Space Telescope.