Dectectando sub-halos de materia oscura

Estructura a gran escala del Universo. En colores oscuros
tenemos la matería oscura, en colores más vivos la materia
visible. Crédito: American Museum of Natural History

El Universo está organizado formando un complejo entramado de filamentos de materia oscura (negro/gris en la imagen) en cuyo interior se agrupa la materia visible (bariónica, amarillo en la imagen) en forma de estrellas, galaxias y cúmulos de galaxias. Cómo hemos llegado a esta situación es una pregunta que tiene (y tendrá) ocupados a astrofísicos de todo el mundo. En general, creemos que al principio todo era una sopa de partículas y materia oscura. Sin embargo, por la forma que tiene esta última de interactuar y por efecto de la gravedad, naturalmente se han formado estas estructuras (ver vídeo). Simulaciones como la de la imagen o como la del vídeo inferior reflejan a la perfección la manera en la que hoy día pensamos que evolucionó el Universo durante los últimos 10-12 mil millones de años y cómo la materia está repartida en éste. Las estructuras filamentadas realmente vienen delineadas por la aglomeración de halos de materia oscura (pelotas de diversos tamaños) en cuyo interior se forman estrellas si las condiciones así lo permiten. Halos gigantes rodean cúmulos y supercúmulos de galaxias. Halos más pequeños rodean galaxias espirales más aisladas como la nuestra o M31. Halos incluso más pequeños rodean a las numerosas galaxias enanas que pueblan el Universo.

Sin embargo, los modelos predicen la existencia de muchos, pero que muchos más halos de materia oscura pequeños que galaxias enanas observamos. A este fenómeno se le llama "problema de los satélites perdidos" (missing satellites problem), de lo que hablaremos en otro momento. En particular, predice la existencia de unos "sub-halos" de materia oscura tan pequeños (10-100 millones de masas solares o menos) que no son capaces de atraer la suficiente materia bariónica a su centro como para formar estrellas. Por lo tanto, son como pelotas de materia oscura que deambulan alrededor de galaxias espirales como la nuestra. Pero claro, si no emiten, y encima son poco masivos (efecto gravitatorio pequeño), ¿cómo detectarlos?

Imagen adaptada del efecto que podría tener un halo de materia oscura pequeño
al atravesar una corriente estelar. Crédito: V. Belokurov, D. Erkal, S.E. Koposov.

Hoy día sabemos que galaxias enanas que están siendo engullidas por nuestra Galaxia (u otros sistemas externos) e incluso cúmulos globulares, son destruidos por efectos de marea ("tirones" gravitatorios) dejando atrás corrientes de estrellas (al igual que un circuito de F1 queda lleno de virutas tras un gran premio) que son visibles y detectables desde Tierra. Así, el paso de este tipo de subhalos de materia oscura a través de estas corrientes o "colas" estelares (imagen de la izquierda) puede dejar huecos en ellas que están empezando a ser observables hoy día con los nuevos telescopios y detectores con los que contamos. De esta manera, el descubrimiento de huecos en corrientes estelares galácticas puede ser interpretado como un claro indicio de la existencia de estos cuerpos. El hallazgo de un número suficiente de ellos podría suponer un espaldarazo importante en favor del modelo cosmológico hoy día aceptado (materia oscura fría con constante cosmológica).

Para más información:

1-  "The number and size of subhalo-induced gaps in stellar streams", 2016, Erkal, D.; Belokurov, Va.; Bovy, J.; Sanders, J. L. MNRAS, 463, 1 102.

2- "Properties of dark subhaloes from gaps in tidal streams", 2015, Erkal, D.; Belokurov, V. MNRAS, 454, 4, 3542.