Las galaxias se han vuelto más calientes: un calentamiento predicho por la teoría de la materia oscura

Las galaxias se calientan con la edad

A medida que el universo evoluciona, las concentraciones de materia están rodeadas de halos de gas que se calientan y aumentan. Crédito: Colaboración D. Nelson / Illustris

Un estudio de la Universidad Johns Hopkins de 10 mil millones de años de microondas revela un calentamiento predicho por la teoría de la materia oscura.

¿Quién dice que no puedes ponerte más caliente con la edad?

Investigadores de la Universidad Johns Hopkins y otras instituciones han descubierto que, en promedio, la temperatura actual de los cúmulos de galaxias es de 4 millones de grados. Fahrenheit. Eso es 10 veces más caliente que hace 10 mil millones de años, y cuatro veces más caliente que la atmósfera más externa del Sol llamada corona. Los hallazgos se publican en el Diario astrofísico.

“Hemos medido las temperaturas a lo largo de la historia del universo”, dijo Brice Ménard, profesor de física y astronomía de Johns Hopkins. «A medida que pasa el tiempo, todos esos cúmulos de galaxias se están calentando cada vez más porque su gravedad atrae cada vez más gas hacia ellos».

Yi-Kuan Chiang, autor principal del estudio que fue investigador postdoctoral de Johns Hopkins hasta que se mudó a la Universidad Estatal de Ohio el año pasado, agregó: «Este arrastre es tan violento que cada vez más gas se descarga y se calienta».

Brice Menard y Yi Kuan Chiang

Brice Ménard de Johns Hopkins y Yi-Kuan Chiang de la Universidad Estatal de Ohio. Crédito: Ron Scheffler

Imagine que todos esos átomos de gas son succionados hacia las galaxias como si fueran miríadas de meteoroides que perforan la atmósfera de la Tierra, dijo Ménard. Se aceleran a medida que la gravedad los empuja hacia la superficie de la Tierra y se calientan debido a la fricción con la atmósfera antes de quemarse en lo que se ven como estrellas fugaces, agregó. Este patrón de calentamiento debido a las fuerzas gravitacionales se puede aplicar a galaxias enteras, cúmulos de galaxias y más allá en las «estructuras a gran escala» del universo formadas por gravedad, una teoría atribuida a James Peebles, premio Nobel de Física de 2019.

“Nuestras mediciones son una gran confirmación de esa teoría”, dijo Ménard.

Para realizar este análisis, el equipo utilizó datos recopilados por la comunidad astronómica durante dos décadas, primero de un telescopio en tierra que realizó el Sloan Digital Sky Survey y luego la misión Planck, un telescopio espacial liderado por la Agencia Espacial Europea.

El equipo utilizó una técnica que Ménard desarrolló con Chiang. Con él, estimaron el «desplazamiento al rojo» de las concentraciones de gas que se ven en las imágenes de luz de microondas que se remontan en el tiempo hasta hace 10 mil millones de años. «Redshift» describe la forma en que las longitudes de onda de la luz se alargan debido a la expansión del universo. Cuanto más lejos está algo, más larga es su longitud de onda y más antiguo es su origen.

El método les permitió medir el aumento gradual de la temperatura del gas en función de la edad del universo. Esta tendencia también se predice mediante simulaciones numéricas que muestran cómo la materia oscura y los átomos presentes en el gas evolucionan con el tiempo. Como se ilustra en la figura, estas visualizaciones muestran que las temperaturas del gas cambian de un lienzo azul frío de hace 10 mil millones de años a uno salpicado de rojo vivo en la actualidad.

El calentamiento del universo no tiene nada que ver con el calentamiento del clima en la Tierra, dijo Ménard. Es una consecuencia de la atracción gravitacional que se había predicho, pero que ahora se puede medir con precisión con estas nuevas técnicas.

Referencia: «La historia térmica cósmica explorada por Sunyaev – Tomografía con efecto Zeldovich» por Yi-Kuan Chiang, Ryu Makiya, Brice Ménard y Eiichiro Komatsu, 12 de octubre de 2020, Diario astrofísico.
DOI: 10.3847 / 1538-4357 / abb403

Investigadores de la Universidad de Tokio y el Instituto Max Planck de Astrofísica contribuyeron a este trabajo, que fue apoyado en parte por la subvención AST1313302 de la NSF y NASA conceder NNX16AF64G (YC, BM). Otro apoyo provino del Clúster de Excelencia ORIGINS, que está financiado por Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG, Fundación de Investigación Alemana) bajo la Estrategia de Excelencia de Alemania – EXC-2094-390783311 (EK), y las subvenciones JSPS KAKENHI Nos. JP15H05896 (RM, EK) y JP20K14515 (RM).