MADRID, 17 Sep. (EUROPA PRESS) -
Por primera vez, astrónomos han utilizado púlsares binarios y solitarios para delimitar las propiedades de un subhalo de materia oscura en nuestra galaxia.
Los subhalos son pequeñas acumulaciones de materia oscura que residen dentro de un halo de materia oscura más grande: regiones de materia invisible que rodean galaxias y cúmulos de galaxias, conocidas solo por sus efectos gravitacionales.
"Imaginemos la galaxia como un pastelito, y los subhalos de materia oscura son como chispas de chocolate sobre él", explica la doctora Sukanya Chakrabarti, de la Universidad de Alabama en Huntsville (UAH) y coautora del estudio. "La galaxia, sin las chispas de chocolate, tiene un aspecto bastante liso. Los subhalos de materia oscura aportan una señal adicional al componente galáctico liso que ahora podemos detectar".
La investigación se basa en trabajos previos de la UAH, parte del Sistema Universitario de Alabama, que ayudan a determinar la cantidad de esta misteriosa sustancia presente en la Vía Láctea y su ubicación. "Nuestro objetivo principal al utilizar aceleraciones de púlsares siempre fue comprender la naturaleza de la materia oscura. Estos subhalos oscuros son la base de los modelos de materia oscura, y ahora creemos tener una forma de encontrarlos", señala Chakrabarti. "Nuestra determinación de la masa de este subhalo de materia oscura es mucho más precisa que cualquier método anterior".
LA ESTRUCTURA QUE CIMENTA LAS GALAXIAS
Los halos de materia oscura, considerados la estructura subyacente sobre la que se construyen las galaxias, son importantes para comprender la formación y evolución de las galaxias. La teoría actual sobre la formación de estructuras en el universo predice que los subhalos de materia oscura deberían ser abundantes en galaxias como la Vía Láctea; sin embargo, encontrarlos ha resultado ser un desafío.
"Nuestra localización ahora es bastante precisa en las tres coordenadas, y futuras mediciones de aceleración mejorarán aún más la significancia de la masa", explica Chakrabarti. "En cualquier caso, sigue siendo más precisa que cualquier otro método realizado hasta ahora".
"Localización" se refiere a la identificación de regiones específicas dentro de una estructura mayor donde los efectos de la materia oscura son más pronunciados. El concepto es crucial para distinguir las posibles interacciones de la materia oscura del ruido de fondo y comprender cómo la materia oscura interactúa con la materia regular y configura el universo.
Según el estudio, estas características se obtienen al analizar, por primera vez, el exceso de potencia correlacionada en el campo de aceleración de los púlsares binarios, un fenómeno en el que las aceleraciones observadas muestran un patrón que se desvía de lo esperado según la gravedad newtoniana y las fuentes astrofísicas conocidas.
"El exceso de potencia se compone básicamente de las chispas de chocolate (los subhalos) que sobresalen del pastelito", explica la investigadora. "Por potencia nos referimos a la señal de aceleración: los subhalos de materia oscura aportan una señal adicional al componente galáctico uniforme que ahora podemos detectar. Por 'correlacionada', nos referimos a que la señal ha sido experimentada por pares de púlsares. Este es un requisito más estricto que exigir que un solo púlsar experimente un exceso de señal".
El avance de este tipo de investigación depende de la disponibilidad de datos precisos sobre la aceleración de púlsares binarios.
"En nuestro primer trabajo, allá por 2021, no contábamos con suficientes púlsares para lograrlo; solo podíamos medir el componente liso del potencial", afirma Chakrabarti en un comunicado. Los componentes lisos de una galaxia presentan una distribución relativamente uniforme y difusa de estrellas y gas, presentando una distribución prácticamente inalterada de materia oscura dentro del halo galáctico.
"Pero a medida que nuestra muestra seguía creciendo, se hizo evidente que muy pronto podríamos medir directamente estos cúmulos de materia oscura. A medida que obtengamos observaciones más precisas en el futuro, podremos realizar este análisis para encontrar subhalos de materia oscura también mucho más allá de la vecindad solar", afirma la investigadora. "En última instancia, estas futuras observaciones nos permitirán diferenciar entre los modelos de materia oscura".
Caracterizar la subestructura es clave para comprender y, en última instancia, precisar la naturaleza de la materia oscura, ya que los distintos modelos difieren en la distribución de estos cúmulos. Estos avances prometen suplantar otros modelos de materia oscura.
De cara al futuro, Chakrabarti y sus colegas han demostrado que este trabajo supone un paso significativo para, por fin, esclarecer uno de los grandes misterios del universo.
"Creo que el siguiente paso es aumentar nuestra muestra de acelerómetros precisos para poder obtener más detecciones, también más precisas, de subhalos de materia oscura", afirma. "Esto nos permitirá, en última instancia, diferenciar claramente entre los modelos de materia oscura y determinar su naturaleza, que es uno de los problemas pendientes de la astronomía y lo ha sido durante el último siglo".