La materia oscura comprende más del 80% de toda la materia del cosmos, pero es invisible a la observación convencional porque aparentemente no interactúa con la luz ni con los campos electromagnéticos. Ahora, la Dra. Sukanya Chakrabarti, catedrática Pei-Ling Chan de la Facultad de Ciencias de la Universidad de Alabama en Huntsville (UAH), junto con el autor principal, el Dr. Tom Donlon, asociado postdoctoral de la UAH, han escrito un artículo para ayudar a iluminar cuánta materia oscura hay en nuestra galaxia y dónde reside mediante el estudio de la aceleración gravitacional de los púlsares binarios.

Chakrabarti dio una charla plenaria sobre este trabajo y otros métodos para medir las aceleraciones galácticas en la 243ª reunión de la Sociedad Astronómica Estadounidense en Nueva Orleans en enero. Los hallazgos también se publican en arXiv. servidor de preimpresión.

Los púlsares son estrellas de neutrones que giran rápidamente y emiten pulsos de radiación a intervalos regulares que van desde segundos hasta milisegundos. Un púlsar binario es un púlsar con un compañero que permite a los físicos probar la relatividad general debido a los fuertes campos gravitacionales que acompañan a estos objetos. "Los púlsares son relojes galácticos fantásticos que tienen una estabilidad temporal que rivaliza con los relojes atómicos", explica Chakrabarti.

"Los púlsares se han utilizado durante décadas en pruebas de precisión de la teoría de la relatividad general. Los utilizamos para medir directamente las pequeñas aceleraciones de las estrellas que viven en el potencial gravitacional de nuestra galaxia. Estas aceleraciones son sólo unos 10 centímetros por segundo en un década, o aproximadamente la velocidad de un bebé que gatea, razón por la cual ha sido difícil medir estos pequeños cambios anteriormente. Los datos de sincronización de púlsar de instalaciones como NANOGrav y otras instalaciones de sincronización de púlsar hicieron que las mediciones fueran factibles".

NANOGrav, o Observatorio Norteamericano de Nanohercios para Ondas Gravitacionales, es un consorcio de astrónomos que detectan ondas gravitacionales utilizando el Telescopio Green Bank, el Observatorio de Arecibo, el Very Large Array y el Experimento Canadiense de Mapeo de Intensidad de Hidrógeno.

"Al obtener mediciones de aceleraciones de extrema precisión, ahora tenemos la sonda más directa del potencial gravitacional de la galaxia más allá de lo que se ha hecho en astronomía durante el último siglo", señala Chakrabarti. "Ahora hay muchas líneas de evidencia independientes que muestran que la galaxia en realidad ha tenido una historia altamente dinámica. El análisis de Tom de la muestra de sincronización del púlsar más grande muestra directamente por primera vez que la galaxia ha sido perturbada por interacciones dinámicas, como el paso de estrellas enanas galaxias."

Obtener un modelo preciso del potencial gravitacional de la galaxia causado por la materia oscura es algo así como contar las ondas en un estanque después de arrojar la piedra.

"Utilizamos todos los púlsares que pudimos conseguir, siempre que tuvieran todas las mediciones que necesitábamos", dice el autor principal Donlon. "Para medir la aceleración de un púlsar, es necesario que se encuentren en un sistema binario estable. También es necesario saber a qué distancia está el púlsar, su movimiento en el cielo y detalles sobre su órbita; todo esto requiere una precisión extremadamente alta. mediciones que requieren años de observaciones. A medida que pasa el tiempo, deberíamos tener más púlsares que podamos usar para futuros estudios."

Donlon informa que hay dos formas principales en que estas aceleraciones nos ayudan a aprender sobre el universo. "La primera es que los púlsares binarios emiten ondas gravitacionales, lo que hace que sus órbitas se hagan más pequeñas con el tiempo, y eventualmente los dos objetos chocan entre sí. Debido a que el campo gravitacional es muy fuerte en este tipo de sistema, y ​​las mediciones de sincronización del púlsar son muy precisos, es posible probar las predicciones hechas por la relatividad general contra la decadencia observada de la órbita del púlsar.

"La segunda forma es a través de pruebas de materia oscura. La materia oscura no se puede ver, pero aún interactúa con la materia normal a través de la gravedad, y esa gravedad adicional causa aceleraciones en estos pul-SARS. Al comparar las aceleraciones que realmente vemos con las aceleraciones "Esperamos obtener de materia normal, podemos calcular cuánta materia oscura hay y dónde está".

Mirando hacia el futuro de esta investigación, Donlon concluye:"Podemos planificar experimentos que requieran muchos más púlsares, lo que será posible a medida que obtengamos más mediciones de la sincronización de los púlsares. A medida que crezca el número de puntos de datos, podremos mapear la galaxia". campo gravitacional con una precisión increíble, incluyendo cosas como cualquier grupo de materia oscura."

Más información: Thomas Donlon et al, Estructura galáctica a partir de aceleraciones de púlsar binario:más allá de los modelos suaves, arXiv (2024). DOI:10.48550/arxiv.2401.15808

Información de la revista: arXiv

Proporcionado por la Universidad de Alabama en Huntsville