JWST revela el mapa más complejo hasta ahora de la materia oscura cósmica

JWST revela el mapa más complejo hasta ahora de la materia oscura cósmica

Por José Howlett editado por Lee Billings

Es un secreto a voces en astronomía que, prácticamente dondequiera que mire el Telescopio Espacial James Webb (JWST) en el cielo, una vasta niebla llena de grumos llena su vista. Pero afortunadamente para todos los que se maravillan con las nítidas instantáneas de galaxias lejanas tomadas por el JWST, esta densa neblina es totalmente invisible.

Esa oscuridad transparente y sin luz es materia oscura. Piense en la materia oscura como un andamiaje para todas las cosas luminosas y normales que existen (las primeras pesan cinco veces más que las segundas), como un pegamento gravitacional que mantiene todo lo demás unido. Pero los científicos no tienen idea de qué está hecho este “pegamento” y aún tienen que detectarlo directamente; sólo han inferido su presencia a través de pistas sutiles pero inequívocas. Para ser algo tan integral a todo lo que vemos, está sorprendentemente oculto a nuestra visión cósmica.

Ahora los astrónomos han rastreado los contornos fantasmales de la materia oscura en el primer plano de una de las imágenes de cielo profundo del JWST. Han convertido un estudio del campo Cosmic Evolution Survey (COSMOS), uno de los parches mejor estudiados del cielo, en el mapa de materia oscura más detallado que existe. Con él esperan aprender más sobre cómo las galaxias dependen de su presencia. Un estudio que informa los resultados aparece hoy en Nature Astronomy.

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“Podemos ver la influencia de la gravedad en la formación de galaxias”, dice Diana Scognamiglio, becaria postdoctoral en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA, quien codirigió el estudio. “Es una forma de rastrear, en realidad, la columna vertebral del universo”.

Contemple cualquier imagen JWST de alguna galaxia lejana. Lo que realmente se ve es dónde incide cada rayo de luz en la óptica del JWST durante las observaciones. Básicamente, la imagen rastrea cada rayo hasta su fuente dentro de una galaxia objetivo.

Pero el viaje de ese rayo desde la galaxia hasta JWST no es realmente una línea recta. En su viaje por el espacio intergaláctico, esa luz atraviesa innumerables acumulaciones de materia oscura. Cada grupo deforma ligeramente el espacio-tiempo que lo rodea, alterando la trayectoria del rayo de luz de forma muy parecida a una lente de cristal.

Esa deformación distorsiona la imagen de la misma manera que usar las gafas de otra persona nubla la vista. Para las imágenes de JWST, este efecto es imperceptible para el ojo, por lo que se llama “lente gravitacional débil”. Pero las imágenes codifican toda la materia oscura entre el objeto lejano y el telescopio.

Sin embargo, nadie supo cómo decodificar esta deformación hasta aproximadamente principios del tercer milenio. “La gente decía que no hay absolutamente ninguna manera de medir una distorsión del 1 por ciento con todo lo demás que sucede”, dice Catherine Heymans, profesora de astrofísica en la Universidad de Edimburgo y astrónoma real de Escocia. Heymans y sus colegas demostraron que estaban equivocados, lanzando el campo de las “lentes débiles” que desde entonces ha arrojado más luz sobre la materia oscura.

Heymans ayudó a construir el primer mapa de materia oscura del campo COSMOS utilizando el predecesor del JWST, el Telescopio Espacial Hubble. “Fue un trabajo realmente pionero”, dice Scognamiglio.

Dos décadas después, el equipo de cartógrafos cósmicos de Scognamiglio actualizó ese mapa utilizando los montones de galaxias que contienen las imágenes de JWST. “Es muy emocionante simplemente por la gran cantidad de galaxias que pueden utilizar”, dice Zoltan Haiman, astrofísico de la Universidad de Columbia. El nuevo mapa abarca un área del cielo que sólo dos veces es más grande que la luna llena (una cuarta parte del tamaño del original), pero es mucho más detallado y señala manchas de materia oscura que son demasiado pequeñas para que el Hubble pueda discernirlas.

Y la óptica más grande y sensible del JWST puede recolectar luz desde más lejos en el universo y, por lo tanto, más atrás en el tiempo cósmico. Por lo tanto, puede ver lentes débiles causadas por acumulaciones de materia oscura de hace 10 mil millones u 11 mil millones de años, cuando el universo estaba formando estrellas y galaxias de manera más prodigiosa. El estudio de estos cúmulos, que probablemente albergan cúmulos de galaxias adolescentes, es una rara oportunidad de aprender más sobre cuál fue el papel de la materia oscura en esa época, llamada “mediodía cósmico”, y cómo ha evolucionado el universo desde entonces. A continuación, el equipo quiere inferir las distintas distancias de las estructuras que los investigadores han vislumbrado y utilizarlas para hacer el mapa más dinámico y tridimensional.

Por ahora, el mapa tal como está muestra claramente a uno de los escultores más esquivos del universo. “Antes sólo teníamos simulaciones de materia oscura, y siempre quise poder verla”, dice Heyman. “Lo que me encanta de las lentes débiles es que nos permiten ver lo invisible”.

En los próximos años, los mapas de materia oscura de los astrónomos se ampliarán enormemente, aunque con detalles menos finos. La lente débil es parte de la misión declarada de los telescopios espaciales más nuevos, como el Euclid de la Agencia Espacial Europea, que ya está en órbita, y el Telescopio Espacial Romano Nancy Grace de la NASA, cuyo lanzamiento está previsto para este año. Proyectos terrestres como el Dark Energy Survey, que publicó una nueva cantidad de datos la semana pasada, y el Observatorio Vera C. Rubin también utilizan lentes débiles para estudiar la expansión del universo.

Una generación después del pionero mapa de materia oscura del Hubble, Scognamiglio se enorgullece de ayudar a ampliar su legado. “Me gusta esta continuidad”, dice. “Espero que dentro de 20 años mi alumno pueda hacer un mapa aún mejor”.

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