Un nuevo estudio explica dónde está el hidrógeno «ausente» del universo. Hasta ahora, al contar toda la materia normal del universo, siempre se ha obtenido una cifra que equivale a la mitad del total que debió formarse durante el Big Bang, hace casi 13 800 millones de años…
El hidrógeno ausente está oculto a plena vista
Gracias a nuevas mediciones, un grupo de investigadores parece haber encontrado ese hidrógeno ausente, en forma de gas hidrógeno ionizado invisible y muy difuso. Forma un halo alrededor de galaxias y está más hinchado, y es más extenso, de lo que se pensaba hasta el momento. Este hallazgo no solo resuelve un conflicto entre las observaciones astronómicas y el Modelo Estándar. También sugiere que los agujeros negros masivos en el centro de las galaxias están más activos de lo que se pensaba anteriormente, con un impacto clave.
Son capaces de enviar gas mucho más lejos del centro de la galaxia de lo que se esperaba. Aproximadamente, unas cinco veces más lejos. Así, Boryana Hadzhiyska explica que creen «que, una vez nos alejamos lo suficiente de la galaxia, recuperamos todo el hidrógeno ausente. Para ser más precisos, tendremos que hacer un análisis cuidadoso con simulaciones, que no hemos hecho todavía. Queremos ser cuidadosos». Su compañera, Simone Ferraro, también enfatiza que las mediciones son consistentes con haber descubierto todo el gas faltante.
Los resultados del estudio, en el que han participado 75 científicos de instituciones de todo el mundo, ya están pasando por la revisión por pares. Cabe recordar que la materia oscura supone, aproximadamente, el 80% de la materia del universo. El resto es materia normal (también llamada bariónica). Solo el 10% de la materia normal está presente en forma de estrellas. El otro 10% está presente en forma de gas de hidrógeno invisible. La mayoría ionizado en galaxias y los filamentos que las conectan en una especie de gran red cósmica.
La distribución del hidrógeno ionizado
El gas ionizado y los electrones asociados repartidos en esta red de filamentos son conocidos como el medio intergaláctico templado-caliente. A pesar de su nombre, es demasiado frío y difuso para poder verse con las técnicas habituales a disposición de los astrónomos y, por tanto, se ha mantenido difícil de detectar hasta ahora. En el nuevo estudio, los investigadores han estimado la distribución de hidrógeno ionizado alrededor de las galaxias acumulando imágenes de unos 7 millones de galaxias. Todas a hasta 8000 millones de años-luz de la Tierra.
Han medido el tenue oscurecimiento o aumento de brillo, de la radiación de fondo de microondas, por la dispersión de radiación por los electrones del gas ionizado. A esto se le conoce como el efecto Sunyaev-Zel’dovich. «La radiación de fondo de microondas está en el fondo de todo lo que podemos ver en el universo. Es el borde del universo observable, así que lo podemos usar como luz de fondo para ver dónde está el gas» explica Ferraro. Las imágenes utilizadas, de galaxias rojizas brillantes, fueron recogidas por el instrumento DESI.
Está analizando decenas de millones de galaxias y quásares para construir un mapa en 3D que cubra el universo hasta una distancia de 11 000 millones de años-luz de la Tierra. Así, se podrá medir el efecto de la energía oscura en la expansión del universo. Por lo general, los astrónomos pensaban que los agujeros negros masivos, en el centro de galaxias grandes, expulsaban gas en chorros de material solo durante sus primeros años. Es decir, cuando el agujero negro está absorbiendo gas y estrellas y produciendo mucha radiación.
El efecto de los núcleos galácticos activos y el hidrógeno ausente
A los agujeros negros supermasivos en esta fase se los conoce como núcleos galácticos activos. Si el estudio está en lo correcto y el halo de gas hidrógeno ionizado es más difuso, pero más extenso de lo pensado, implicaría que los agujeros negros supermasivos centrales pueden estar activos en otros momentos de sus vidas. Se ha sugerido que los núcleos galácticos activos pueden estar activos de manera intermitente. Algunos astrónomos creen que ese ciclo de expulsión de gas y caída de vuelta al disco galáctico regula la formación de nuevas estrellas.
En este trabajo se incluyen más galaxias y mediciones más precisas (que en estudios anteriores), destacando que el gas no está distribuido de manera uniforme a su alrededor. En su lugar, sigue unos «filamentos cósmicos» presentes en el universo. Las simulaciones actuales de galaxias tendrán que incorporar este ciclo más potente en sus modelos. En algunos modelos ya se está haciendo, para producir simulaciones más robustas que encajen mejor con los nuevos datos. La identificación de ese hidrógeno ausente tiene implicaciones para otros aspectos de la evolución del cosmos.
Al saber dónde está, será posible obtener mejores resultados, al poder preguntarse de qué manera afecta la presencia de ese hidrógeno a cosas como la formación de estrellas. Así como la suposición de que el gas expulsado de los núcleos galácticos debería seguir a la materia oscura. El efecto Sunyaev-Zel’dovich, además, podría permitir entender mejor el universo en su infancia. Algo que ayudaría a tener más información sobre las estructuras a gran escala del universo, así como las leyes de la física en su infancia, y poner a prueba cosas como la teoría de la relatividad general.
Estudio
El estudio es B. Hadzhiyska, S. Ferraro y B. Guachalla; «Evidence for large baryonic feedback at low and intermediate redshifts from kinematic Sunyaev-Zel’dovich observations with ACT and DESI photometric galaxies». Publicado en la revista Physical Review Letters puede consultarse en arXiv, en este enlace.
