Durante décadas, los cosmólogos han sabido que aproximadamente el 17% de la materia del Universo es materia bariónica ordinaria, la materia de la que están hechas las estrellas, los planetas y las personas. El problema ha sido encontrarla. Los estudios directos de estrellas y gas han quedado sistemáticamente cortos, representando solo alrededor de la mitad del total previsto.
Un nuevo estudio que utiliza estallidos rápidos de radio como sondas cósmicas ha rastreado el resto. Estaba escondida a plena vista todo el tiempo: en plasma difuso que se extiende entre y alrededor de las galaxias, empujado a escalas mucho mayores de lo que predecían los modelos estándar.
Los FRB como linternas cósmicas
Los estallidos rápidos de radio son pulsos de radio de milisegundos provenientes de fuentes extragalácticas. A medida que viajan a través del Universo, los electrones libres en el gas ionizado estiran y emborronan la señal, un fenómeno llamado dispersión. Cuanta más materia atraviesa un FRB, más disperso se vuelve.
Un equipo liderado por Haochen Wang y Kiyoshi Masui en el MIT utilizó este principio para mapear la materia invisible. Correlacionaron las mediciones de dispersión de 2.873 FRB del Catálogo CHIME/FRB 2 con las posiciones de aproximadamente 6 millones de galaxias del Dark Energy Spectroscopic Instrument Legacy Imaging Survey.
La lógica es sencilla: si los bariones faltantes existen como plasma difuso cálido en el medio intergaláctico y circumgaláctico, los FRB que atraviesan regiones ricas en galaxias deberían mostrar una dispersión sistemáticamente mayor.
Dónde está la materia
La correlación fue clara. Donde más galaxias se agrupaban, los FRB encontraban más plasma difuso, confirmando que los bariones faltantes se distribuyen a través del medio intergaláctico y los halos que rodean las galaxias.
Pero la distribución era más amplia de lo esperado. Las galaxias parecen estar eyectando materia a distancias mucho mayores de lo que predicen los modelos actuales, empujada hacia afuera por la retroalimentación energética de supernovas y agujeros negros supermasivos activos.
“Estamos encontrando materia faltante que es empujada a escalas más grandes”, dijo Masui. “Estas mediciones indican que la actividad estelar y la actividad de los agujeros negros son más fuertes y mucho más violentas de lo previsto”.
Los resultados son cualitativamente consistentes con los estudios Sunyaev-Zeldovich que detectaron filamentos de gas que se extienden más allá de los pares de galaxias y encontraron evidencia de retroalimentación mejorada en los perfiles de densidad bariónica.
Una nueva herramienta para la cosmología
El estudio, publicado en Physical Review Letters, demuestra que los FRB son una sonda poderosa de la formación de estructura bariónica, que solo mejorará a medida que los estudios se expandan. CHIME continúa catalogando cientos de nuevos FRB cada año, y los conjuntos de radio de próxima generación prometen una sensibilidad aún mayor al medio intergaláctico difuso que contiene la mayor parte de la materia ordinaria del Universo.
La implicación es que la formación de galaxias es un proceso más violento y disruptivo de lo que los modelos estándar contemplan, con estrellas y agujeros negros empujando el gas mucho más allá de los límites visibles de las galaxias.
Traducido por Alessandra