Nuevos indicios acerca de la naturaleza de la materia de las galaxias más antiguas del Universo primordial
5/4/2023 de Osservatorio Astronomico di Trieste / Astronomy & Astrophysics
Distribución de la materia primordial en modelos cosmológicos con materia oscura caliente (izquierda) y materia oscura fría (derecha). Crédito: INAF- Osservatorio Astronomico di Trieste.
Dos astrofísicos que trabajan en Trieste han arrojado nueva luz sobre la naturaleza de la materia a partir del descubrimiento, por parte del Telescopio Espacial James Webb (JWST), de algunas galaxias que ha observado tal como eran hace 13 mil millones de años, utilizando también simulaciones numéricas nuevas y de vanguardia. El estudio añade otra pieza al rompecabezas de la naturaleza de la materia en el Universo.
Aunque el paradigma más comúnmente aceptado para la formación de estructuras está basado sobre la materia no relativista que interactúa solo gravitacionalmente, es decir, la materia oscura fría, algunas alternativas invocadas para resolver los problemas a pequeña escala del escenario estándar se basan en la hipótesis de que la materia está hecha de partículas calientes que poseen una velocidad térmica pequeña pero no despreciable, es decir, materia oscura caliente. “Hemos encontrado que los descubrimientos recientes del JWST de galaxias en la primera fracción de los mil millones de años después del Big Bang son una valiosa evidencia de la naturaleza de la materia”, dice el Dr. Umberto Maio, investigador del Instituto Nacional de Astrofísica (INAF). en el ‘Observatorio Astronómico de Trieste.
La investigación muestra que la materia oscura, el principal componente de la materia en el Universo, está formada por partículas frías o ligeramente cálidas con una masa superior a 2 keV. Los modelos de materia oscura «caliente» con masas de partículas más ligeras que este límite son rechazadas por este estudio. Si bien trabajos anteriores habían descartado la posibilidad de discriminar la naturaleza de la materia con el uso de datos de épocas recientes, se necesitaban datos relativos a épocas mucho más remotas y simulaciones numéricas ad hoc —la base del nuevo estudio— para aportar información sobre las tendencias estadísticas de las galaxias tempranas y la ruptura de degeneraciones entre modelos.
“Aplicamos nuestra nueva implementación numérica refinada de la formación temprana de galaxias para interpretar los últimos datos del JWST”, dice el Dr. Maio. “Y vimos que, durante el período en el que se forman las primeras estrellas y galaxias, las propiedades visibles de las estructuras presentes en el Universo dependen de la masa de las partículas de la materia oscura”. De hecho, el estudio mostró que la formación estelar cosmológica, las luminosidades en el ultravioleta y las abundancias moleculares varían entre los distintos modelos de materia oscura, y estas variaciones pueden ser comparadas con los datos más recientes del telescopio JWST.
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