Los astrónomos han pasado décadas buscando algo que parece difícil de pasar por alto:alrededor de un tercio de la materia "normal" del Universo. Los nuevos resultados del Observatorio de rayos X Chandra de la NASA pueden haberlos ayudado a localizar esta elusiva extensión de materia perdida.

De independiente, observaciones bien establecidas, los científicos han calculado con confianza cuánta materia normal, es decir, hidrógeno, helio y otros elementos, existieron justo después del Big Bang. En el tiempo entre los primeros minutos y los primeros mil millones de años, gran parte de la materia normal se convirtió en polvo cósmico, gas y objetos como estrellas y planetas que los telescopios pueden ver en el Universo actual.

El problema es que cuando los astrónomos suman la masa de toda la materia normal en el Universo actual, no se puede encontrar aproximadamente un tercio de ella. (Esta materia faltante es distinta de la materia oscura aún misteriosa).

Una idea es que la masa faltante se reunió en hebras gigantes o filamentos de calor (temperatura inferior a 100, 000 Kelvin) y caliente (temperatura superior a 100, 000 Kelvin) gas en el espacio intergaláctico. Estos filamentos son conocidos por los astrónomos como el "medio intergaláctico cálido-caliente" o WHIM. Son invisibles para los telescopios de luz óptica, pero parte del gas caliente en los filamentos se ha detectado con luz ultravioleta.

Usando una nueva técnica, Los investigadores han encontrado pruebas nuevas y sólidas del componente caliente del WHIM basándose en datos de Chandra y otros telescopios.

"Si encontramos esta masa faltante, podemos resolver uno de los mayores enigmas de la astrofísica, "dijo Orsolya Kovacs del Centro de Astrofísica | Harvard &Smithsonian (CfA) en Cambridge, Massachusetts. "¿Dónde escondió el universo tanta materia que forma cosas como estrellas y planetas y nosotros?"

Los astrónomos usaron Chandra para buscar y estudiar filamentos de gas caliente que se encuentran a lo largo del camino hacia un cuásar, una fuente brillante de rayos X alimentada por un agujero negro supermasivo de rápido crecimiento. Este quásar se encuentra a unos 3.500 millones de años luz de la Tierra. Si el componente de gas caliente del WHIM está asociado con estos filamentos, algunos de los rayos X del quásar serían absorbidos por ese gas caliente. Por lo tanto, buscaron una firma de gas caliente impresa en la luz de rayos X del quásar detectada por Chandra.

Uno de los desafíos de este método es que la señal de absorción del WHIM es débil en comparación con la cantidad total de rayos X que provienen del cuásar. Al buscar todo el espectro de rayos X en diferentes longitudes de onda, Es difícil distinguir características de absorción tan débiles (señales reales del WHIM) de fluctuaciones aleatorias.

Kovacs y su equipo superaron este problema al enfocar su búsqueda solo en ciertas partes del espectro de luz de rayos X, reduciendo la probabilidad de falsos positivos. Lo hicieron identificando primero las galaxias cercanas a la línea de visión del cuásar que se encuentran a la misma distancia de la Tierra que las regiones de gas cálido detectadas a partir de datos ultravioleta. Con esta técnica identificaron 17 posibles filamentos entre el quásar y nosotros, y obtuvo sus distancias.

Debido a la expansión del universo, que extiende la luz mientras viaja, cualquier absorción de rayos X por la materia en estos filamentos se desplazará a longitudes de onda más rojas. Las cantidades de los cambios dependen de las distancias conocidas al filamento, para que el equipo supiera dónde buscar en el espectro la absorción del WHIM.

"Nuestra técnica es similar en principio a la forma en que podría realizar una búsqueda eficiente de animales en las vastas llanuras de África, "dijo Akos Bogdan, un coautor también de CfA. "Sabemos que los animales necesitan beber, por lo que tiene sentido buscar primero alrededor de los abrevaderos ".

Si bien redujo su búsqueda ayudó, los investigadores también tuvieron que superar el problema de la debilidad de la absorción de rayos X. Entonces, aumentaron la señal agregando espectros de 17 filamentos, convirtiendo una observación de 5,5 días en el equivalente a casi 100 días de datos. Con esta técnica detectaron oxígeno con características que sugerían que estaba en un gas con una temperatura de alrededor de un millón de grados Kelvin.

Extrapolando de estas observaciones de oxígeno al conjunto completo de elementos, y de la región observada al universo local, los investigadores informan que pueden dar cuenta de la cantidad completa de materia faltante. Al menos en este caso particular, el asunto perdido se había estado escondiendo en el WHIM después de todo.

"Estábamos encantados de poder localizar parte de este asunto perdido", dijo el coautor Randall Smith, también de CfA. "En el futuro, podemos aplicar este mismo método a otros datos de cuásares para confirmar que este misterio de larga data por fin se ha resuelto".

Un artículo que describe estos resultados se publicó en el Diario astrofísico el 13 de febrero 2019.