13/Ago/08

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Estudio muestra conglomerados y corrientes de materia oscura en regiones centrales de la Vía Láctea

Estudios sugieren que la misión GLAST podría detectar indicios de partículas de materia oscura.

Usando una de las supercomputadoras más poderosas del mundo para simular el halo de materia oscura que envuelve nuestra galaxia, los investigadores encontraron densos conglomerados y corrientes de cosas misteriosas que acechan en las regiones interiores del halo, en las propias vecindades del Sistema Solar.

"En anteriores simulaciones, esta región aparecía lisa, pero ahora tenemos suficiente detalle para ver conglomerados de materia oscura", dijo Piero Madau, profesor de astronomía y astrofísica en la Universidad de California, en Santa Cruz (UCSC).

Los resultados, que se publican en la edición del 7 de agosto de 2008 de la revista Nature, pueden ayudar a los científicos a entender qué es la materia oscura. Hasta la fecha, se ha detectado únicamente a través de sus efectos gravitacionales sobre estrellas y galaxias. Según una teoría, sin embargo, la materia oscura consiste en partículas masivas interactuando débilmente (WIMPs), que pueden aniquilarse unas a otras y emitir rayos gamma cuando chocan. Los rayos gamma provenientes de esta aniquilación de materia oscura podrían ser detectados por el recientemente lanzado telescopio orbital GLAST (del inglés Gamma-ray Large Area Space Telescope, telescopio espacial de rayos gama de gran área), que físicos de la UCSC ayudaron a construir

"Esto es lo que lo hace emocionante", dice Madau. "Algunos de los macizos son tan densos que emiten una gran cantidad de rayos gamma si se produce la aniquilación de materia oscura y pueden ser fácilmente detectados por GLAST."

Juerg Diemand, becario pos-doctoral en UCSC y primer autor del artículo de Nature, dijo que la simulación se basa en hipótesis de la teoría de la 'materia oscura fría', la principal explicación de cómo evolucionó el Universo después del Big Bang. En otro artículo diferente que ha sido aceptado para su publicación en el Astrophysical Journal, los investigadores utilizaron sus resultados para hacer predicciones específicas acerca de las señales de rayos gamma que serían detectables por GLAST. El autor principal de este trabajo es Michael Kuhlen, ex estudiante graduado de UCSC ahora en el Instituto de Estudios Avanzados, en Princeton, NJ.

"Hay varios candidatos para las partículas de materia oscura fría y nuestras previsiones para GLAST dependerán del tipo de partícula supuesta y sus propiedades", dice Diemand. "Para las WIMPs típicas, entre un puñado y una docena de señales claras deberían destacarse en el fondo de rayos gamma tras dos años de observaciones. Eso sería un gran descubrimiento para GLAST."

Aunque la naturaleza de la materia oscura sigue siendo un misterio, parece dar cuenta de aproximadamente el 82 por ciento de la materia del Universo. Como resultado de ello, la evolución de la estructura del Universo ha sido impulsada por la interacción gravitacional de la materia oscura. La materia ordinaria que forma estrellas y planetas ha caído en los 'pozos gravitatorios' creados por los macizos de materia oscura, dando lugar a las galaxias en los centros de los halos de materia oscura.

De acuerdo con la teoría de la materia oscura fría de la evolución cosmológica, la gravedad actuó inicialmente sobre las leves fluctuaciones de densidad presentes poco después del Big Bang, para juntar los primeros macizos de materia oscura. Éstos se convirtieron en macizos cada vez más grandes a través de la fusión jerárquica de progenitores más pequeños.

Éste es el proceso que el equipo de Diemand y Madau simuló en la supercomputadora Jaguar en Laboratorio Nacional de Oak Ridge. Le tomó alrededor de un mes a la simulación ejecutar y seguir las interacciones gravitacionales de más de mil millones de paquetes de materia oscura en más de 13,7 millones de años. Corriendo hasta 3000 procesadores en paralelo, los cálculos utilizaron alrededor de 1,1 millones de horas de procesador.

"Esto simula la distribución de la materia oscura desde cerca del momento del Big Bang hasta la época actual, prácticamente toda la edad del Universo, y se centra en resolver el halo en torno a una galaxia como la Vía Láctea", dice Diemand. "Vemos muchísima subestructura, incluso en la parte interior del halo en que se encuentra el Sistema Solar."

La simulación reveló numerosos sub-halos y corrientes de materia oscura en el halo de la Vía Láctea, y aparece más subestructura dentro de cada sub-halo, dijo Madau. "Cada subestructura tiene su propia sub-subestructura, y así sucesivamente. Hay grumos en todas las escalas", dijo.

Los sub-halos más masivos pueden estar, probablemente, albergando galaxias enanas como las observadas en órbita alrededor de la Vía Láctea. Al estudiar los movimientos de las estrellas en las galaxias enanas, los astrónomos pueden calcular la densidad de la materia oscura en los sub-halos y compararla con la densidad prevista por la simulación.

"Podemos hacer comparaciones con las galaxias enanas y corrientes estelares asociadas a la Vía Láctea. La aparición de estos sistemas estelares está estrechamente vinculada a la subestructura del halo de materia oscura ", dice Diemand.

La densidad central en los sub-halos simulados de materia oscura es coherente con las observaciones de los movimientos estelares en las galaxias enanas, dijo. Pero sigue existiendo una discrepancia entre el número de sub-halos de materia oscura en la simulación y el número de galaxias enanas que se han observado en torno a la Vía Láctea. Algunos sub-halos pueden permanecer oscuros si, por ejemplo, no son lo suficientemente masivos para soportar la formación estelar, dijo Madau.

Además de Diemand y Madau, los coautores del artículo en Nature incluyen a Michael Kuhlen del Instituto de Estudios Avanzados; Marcel Zemp, becario pos-doctoral en la UCSC, que elaboró un algoritmo de pasos en el tiempo que hizo muy precisa la simulación, y Ben Moore, Doug Potter y Joachim Stadel, de la Universidad de Zurich.

Fuente: . Aportado por Gustavo A. Courault