Redacción

Una de las metas principales de la cosmología es medir con precisión la cantidad total de materia en el universo, un ejercicio desalentador incluso para los más competentes en matemáticas. Sin embargo, un equipo dirigido por científicos de la Universidad de California, Riverside, ha hecho precisamente eso.

Informando en la revista Astrophysical Journal, el equipo determinó que la materia constituye el 31% de la cantidad total de materia y energía en el universo, y el resto consiste en energía oscura.

“Para poner esa cantidad de materia en contexto, si toda la materia del universo estuviera distribuida uniformemente en el espacio, correspondería a una densidad de masa media igual a solo unos seis átomos de hidrógeno por metro cúbico”, dijo el primer autor Mohamed Abdullah, un estudiante de postgrado del Departamento de Física y Astronomía de la UCR. “Sin embargo, como sabemos que el 80% de la materia es en realidad materia oscura, en realidad, la mayor parte de esta materia no consiste en átomos de hidrógeno sino en un tipo de materia que los cosmólogos aún no entienden”.

Abdullah explicó que una técnica bien probada para determinar la cantidad total de materia en el universo es comparar el número y la masa observados de cúmulos de galaxias por unidad de volumen con las predicciones de las simulaciones numéricas. Dado que los actuales cúmulos de galaxias se han formado a partir de materia que ha colapsado a lo largo de miles de millones de años bajo su propia gravedad, el número de cúmulos observados en la actualidad es muy sensible a las condiciones cosmológicas y, en particular, a la cantidad total de materia.

“Un mayor porcentaje de materia daría lugar a más cúmulos”, dijo Abdullah. “El desafío para nuestro equipo era medir el número de cúmulos y luego determinar cuál era la respuesta ‘lo bastante exacta’. Pero es difícil medir la masa de cualquier cúmulo de galaxias con precisión porque la mayor parte de la materia es oscura y no podemos verla con telescopios”.

El equipo determinó que la materia constituye alrededor del 31% de la cantidad total de materia y energía en el universo. Los cosmólogos creen que alrededor del 20% de la materia total está hecha de materia regular – o “bariónica” – que incluye estrellas, galaxias, átomos y vida, mientras que alrededor del 80% está hecha de materia oscura, cuya misteriosa naturaleza aún no se conoce pero que puede consistir en alguna partícula subatómica aún no descubierta. (Foto: Mohamed Abdullah, UC Riverside)

Para superar esta dificultad, el equipo de astrónomos liderado por la UCR desarrolló primero “GalWeight”, una herramienta cosmológica para medir la masa de un cúmulo de galaxias usando las órbitas de sus miembros galácticos. Los investigadores luego aplicaron su herramienta a las observaciones del Sloan Digital Sky Survey (SDSS) para crear “GalWCat19”, un catálogo de cúmulos de galaxias disponible de forma pública.  Finalmente, compararon el número de cúmulos en su nuevo catálogo con simulaciones para determinar la cantidad total de materia en el universo.

“Hemos logrado hacer una de las mediciones más precisas que se hayan hecho jamás usando la técnica del cúmulo de galaxias”, dijo la coautora Gillian Wilson, profesora de física y astronomía en la UCR en cuyo laboratorio trabaja Abdullah. “Además, es el primer uso de la técnica de la órbita de las galaxias que ha obtenido un valor en concordancia con los obtenidos por equipos que utilizaron técnicas distintas, como las anisotropías del fondo cósmico de microondas, oscilaciones acústicas de bariones, supernovas de tipo Ia o lentes gravitacionales”.

“Una gran ventaja de usar nuestra técnica GalWeight fue que nuestro equipo fue capaz de determinar una masa para cada cúmulo individualmente en lugar de depender de métodos estadísticos más indirectos”, dijo el tercer coautor Anatoly Klypin, un experto en simulaciones numéricas y cosmología.

Combinando sus mediciones con las de otros equipos que utilizaron diferentes técnicas, el equipo dirigido por la UCR fue capaz de determinar el mejor valor combinado, concluyendo que la materia constituye el 31,5±1,3% de la cantidad total de materia y energía del universo