Desde que comenzó a funcionar en 2022, el Telescopio Espacial James Webb (JWST) ha permitido a los científicos lograr avances increíbles en nuestra comprensión del cosmos, especialmente en sus primeras épocas. Sin embargo, un misterio cosmológico persistente sobre el que el JWST no ha tenido un impacto importante es la naturaleza de la materia oscura. Ahora, una nueva investigación sugiere que esto es algo que podría cambiar pronto.
Si bien se estima que la materia oscura representa el 85% de la materia del universo, es difícil de investigar porque no interactúa con la radiación electromagnética (luz) o interactúa tan débilmente que no podemos detectarla directamente. Además de hacer materia oscura Efectivamente invisible, esta falta de interacción con la luz les dice a los científicos que las partículas que componen la materia oscura no son las mismas. protones, neutrones, y electrones que comprenden las cosas cotidianas que vemos a nuestro alrededor día a día, desde las estrellas más masivas hasta los virus que nos hacen la vida imposible cada invierno. La búsqueda de una posible partícula de materia oscura ha generado muchos sospechosos, pero todos siguen siendo frustrantemente hipotéticos.
Estudiar estas galaxias alargadas con el JWST podría ayudar a revelar la presencia de materia oscura, dicen los científicos. «En el universo en expansión definido por la teoría de Einstein de relatividad generallas galaxias crecen con el tiempo a partir de pequeños grupos de materia oscura que forman los primeros cúmulos de estrellas y se ensamblan en galaxias más grandes a través de su gravedad colectiva», dijo en un comunicado el miembro del equipo Rogier Windhorst, de la Universidad Estatal de Arizona.
«Pero ahora el JWST sugiere que las galaxias más tempranas pueden estar incrustadas en marcadas estructuras filamentosas que, a diferencia de la materia oscura y fría, unen suavemente las regiones de formación de estrellas, más parecido a lo que se espera si la materia oscura es una partícula ultraligera que también muestra un comportamiento cuántico».
Comprender la materia oscura es difícil
Cuando se utilizan simulaciones para recrear cómo se formaron las primeras galaxias en el universo primitivo, permitir que el gas frío se acumule a lo largo de los hilos en una red de materia oscura puede recrear bastante bien las galaxias en su mayoría esferoides que vemos en el universo moderno.
Sin embargo, a medida que el JWST ha permitido a los astrónomos observar las galaxias que existieron en las primeras etapas del universo, han ido encontrando cada vez más galaxias alargadas y filamentosas que no se recrean tan fácilmente en simulaciones que se ciñen al mecanismo estándar de acumulación de gas para dar origen a estrellas y hacer crecer galaxias.
Para investigar esto, Windhorst y sus colegas observaron simulaciones del universo que involucraban diferentes tipos de materia oscura distintos de los que se encuentran en el modelo de cosmología más aceptado, el modelo Lambda Cold Dark Matter (LCDM); materia oscura «fría», que no se refiere a la temperatura sino a la velocidad a la que se mueven las partículas.
Esto reveló que el comportamiento ondulatorio de la «materia oscura difusa» o partículas de axiones ultraligeras podría explicar la morfología alargada de las galaxias tempranas vistas por el JWST.
«Si las partículas de axiones ultraligeras componen la materia oscura, su comportamiento similar a una onda cuántica impediría que se formen escalas físicas más pequeñas que unos pocos años luz durante un tiempo, contribuyendo al suave comportamiento filamentoso que JWST ahora ve a distancias muy grandes», dijo el líder del equipo Álvaro Pozo del Centro Internacional de Física de Donostia.
El modelado del equipo también indicó que las partículas de «materia oscura cálida» que se mueven más rápido, como los neutrinos estériles, también podrían dar origen a las primeras galaxias filamentosas. Tanto en el escenario de materia oscura ondulatoria como en el de materia oscura cálida, esto se debe a que estas partículas dan lugar a filamentos más suaves que la materia oscura fría. A medida que el gas y las estrellas fluyen lentamente por estos filamentos, comienzan a formarse galaxias alargadas.
El JWST continuará investigando galaxias de formas extrañas en el universo primitivo, mientras que los investigadores aquí en la Tierra continúan desarrollando simulaciones del universo primitivo. Reunirlos podría eventualmente ayudar a resolver el misterio de la materia oscura.
La investigación del equipo fue publicada el 8 de diciembre en la revista Astronomía de la naturaleza.
