Los astrónomos mapean la materia oscura indirectamente, a través de su atracción gravitacional sobre otros objetos.
Paul M. Sutter es astrofísico en La universidad de estado de Ohio, gran cantidad de Pregúntale a un astronauta y Radio espacialy autor de "Tu lugar en el universo."Sutter contribuyó con este artículo a Las voces expertas de Space.com: Op-Ed & Insights.
El estudio moderno de todo el universo, la rama de la ciencia conocida como cosmología, debe su estado actual a muchas figuras notables, que se remontan a casi un siglo de investigación dedicada y duramente ganada.
Algunos de estos nombres pueden ser familiares: Albert Einstein, Edwin Hubble, Vera Rubin, etc. Pero recientemente el comité del Premio Nobel reconoció las contribuciones de un nombre que quizás no reconozcas, Jim Peebles, y le dio la mitad del premio de física de 2019, "por contribuciones a nuestra comprensión de la evolución del universo y el lugar de la Tierra en el cosmos".
Baste decir que la cosmología no estaría donde está hoy sin los esfuerzos de Jim Peebles. Una cosa es indicar el Modelo Big Bang en la simplicidad de la camiseta (por ejemplo, "el universo solía ser más pequeño y más caliente, y ahora no lo es"), pero es una cosa completamente diferente convertir eso en una formulación matemática precisa capaz de hacer predicciones para comparar observaciones Es justo decir que Peebles ayudó a transformar la cosmología de una "idea clara y generalmente correcta" a "un campo de la ciencia real". Exploremos tres avenidas principales donde sus ideas nos han guiado:
El fondo cósmico de microondas
Si el universo primitivo era más pequeño de lo que es hoy, entonces también debe haber sido más caliente y más denso. Y una vez que aceptas esta realidad, te das cuenta rápidamente de que, en algún momento en el pasado distante, el universo debe haber sido tan denso y tan caliente que existió en un estado de materia completamente diferente.
Hace más de 13 mil millones de años, cuando el universo tenía aproximadamente una millonésima parte de su volumen actual, todas las cosas en el cosmos estaban tan unidas que era un plasma, un estado de la materia en la que los electrones se arrancan de los átomos y se liberan para deambulan solos. En aquel entonces, el universo era bastante intenso.
Pero luego se hizo más viejo, se hizo más grande y se enfrió. Y a cierta edad, las temperaturas y presiones cayeron por debajo de un umbral crítico y los electrones pudieron adherirse a los átomos sin ser inmediatamente eliminados. En un instante, el universo se volvió transparente a la radiación, y esa luz, literalmente al rojo vivo en el momento de su liberación, persiste hasta nuestros días, empapando el cosmos.
Pero hoy esa luz ha perdido mucho vapor y se está enfriando unos pocos grados por encima del cero absoluto, firmemente en la banda de microondas. Esta "fondo cósmico de microondas"fue descubierto accidentalmente por un par de físicos de microondas en 1964, pero sin que ellos lo supieran, un grupo de teóricos, incluido Peebles, ya había predicho su existencia. Los físicos de microondas ganaron el Nobel en 1978, pero nunca es demasiado tarde para que el comité Nobel reconozca teóricos también.
Materia oscura
En la década de 1970, astrónomo Vera Rubin descubrió algo divertido que sucedía con las galaxias: las estrellas dentro de ellas orbitaban demasiado rápido. Tan rápido, de hecho, que las galaxias deberían haberse separado miles de millones de años atrás. Pero allí estaban, felices como las almejas.
¿Que esta pasando? ¿No entendimos algo sobre la naturaleza de la gravedad a escalas tan grandes como las galaxias? ¿O el universo tenía un ingrediente extra que nos había estado oculto hasta las observaciones de Rubin?
Algunos astrónomos, incluida la propia Rubin, pensaron que necesitábamos modificar las leyes de la física para hacer las cosas bien. Pero otros, incluidos Peebles, pensaron que había más en una galaxia de lo que parece. Fue uno de los primeros defensores de lo que ahora llamamos "materia oscura fría", una nueva forma de materia que no interactúa con la luz (y, por lo tanto, no interactúa con otra cosa que no sea la gravedad). Ahora sabemos que materia oscura satura el universo, inundando la materia normal en al menos una proporción de 5: 1.
Peebles y sus colaboradores hicieron el trabajo preliminar de investigar qué significaría esta nueva hipótesis en términos del comportamiento de las galaxias, y proporcionaron pruebas útiles para que los observadores puedan apuntar y medir.
Hoy, si bien aún no entendemos completamente la materia oscura, y todavía tenemos que precisar su identidad exacta, la evidencia proviene de múltiples ángulos, incluidas las sutiles impresiones en el fondo cósmico de microondas, de que la materia oscura es un ingrediente importante de nuestro universo.
Estructura cósmica
Pero Peebles no se detuvo con los primeros momentos del Big Bang o componentes misteriosos e invisibles de nuestro universo. Peebles se hizo grande, muy grande.
Vemos en el universo que nos rodea todo tipo de galaxias diferentes en todo tipo de arreglos fantasiosos. Algunas galaxias están unidas en cúmulos gigantes, mientras que otras son solitarias. Algunos son enormes y descomunales, y otros son pequeños y apenas perceptibles. Y cuando nos alejamos a las escalas más grandes, vemos un vasto "web cósmica, "el patrón más grande que se encuentra en la naturaleza, una estructura que se extiende desde un extremo del universo visible hasta el otro.
La red cósmica está hecha de galaxias y, como su nombre lo indica, parece una telaraña cósmica.
Como lo hizo ese ¿suceder?
Peebles y sus amigos lideraron el camino para explicar los orígenes de la red cósmica, descubriendo que las estructuras en nuestro universo crecen lentamente con el tiempo, construyéndose de pedazos más pequeños a pedazos más grandes con cada eón que pasa.
Descubrieron cómo buscar indicios de las semillas de la estructura en el fondo cósmico de microondas, visibles como pequeñas variaciones de temperatura no mayores a 1 parte en 100,000. Esas variaciones fueron las ubicaciones de los primeros grupos de densidad ligeramente superior a la media, donde fluiría más materia (¡especialmente materia oscura!) En el transcurso de millones de años.
Eventualmente, esas pequeñas pepitas crecerían para convertirse en galaxias, y algunas galaxias se unieron para formar cúmulos de galaxias. Y dado que todas esas cosas utilizadas para construir estas grandes estructuras tenían que venir de alguna parte, se abrieron y expandieron vastas regiones vacías. Estos se convirtieron en los vacíos en la red cósmica, conocidos como vacíos.
A lo largo de las décadas, Jim Peebles ha escrito cientos de documentos y colaborado con cientos de astrónomos, astrofísicos, físicos y cosmólogos, y fue un jugador crítico en la pintura del retrato del universo que ahora entendemos.
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