Nueva evidencia de la naturaleza de la materia en el universo
Distribución de materia primordial en modelos cosmológicos con materia oscura caliente (WDM, izquierda) y materia oscura fría (CDM, derecha). Foto: INAF
Observaciones del Telescopio Espacial James Webb (JWST) y simulaciones numéricas de última generación de las primeras galaxias han arrojado nueva luz sobre la naturaleza de la materia.
Si bien el paradigma comúnmente aceptado de formación de estructuras se basa en materia no relativista que interactúa solo gravitacionalmente, es decir, materia oscura "fría", las posibilidades alternativas defendidas para resolver problemas a pequeña escala del escenario estándar se basan en la hipótesis de que la materia oscura está hecha de partículas cálidas que poseen una velocidad térmica pequeña, no despreciable, a saber, materia oscura "cálida".
"Descubrimos que las recientes detecciones de galaxias del JWST en la primera fracción de mil millones de años después del Big Bang son valiosas pruebas de la naturaleza de la materia", dice en un comunicado el Dr. Umberto Maio, investigador del Instituto Nacional Italiano de Astrofísica (INAF) en el Observatorio Astronómico de Trieste, y autor principal del artículo que describe el descubrimiento recién publicado en Astronomy & Astrophysics.
La investigación muestra que la materia oscura, el componente principal de la materia en el universo, está hecha de partículas que son "frías" o ligeramente "cálidas" con una masa mayor a 2 keV. Los modelos de materia oscura con masas de partículas iguales o más ligeras que dicho límite están excluidos del estudio.
Si bien trabajos anteriores habían descartado la posibilidad de discriminar la naturaleza del asunto empleando datos de épocas recientes, se necesitaban datos de épocas mucho más antiguas y simulaciones numéricas ad hoc _la base del nuevo estudio_ para proporcionar información sobre las tendencias estadísticas de galaxias primordiales y romper las degeneraciones de los modelos.
"Lo que hicimos fue aplicar nuestra nueva y sofisticada implementación numérica de la formación temprana de galaxias para interpretar los últimos datos del JWST", dice el Dr. Maio. "Vimos que, durante el período en 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 materia oscura".
De hecho, el estudio encontró evidencia de que la cantidad de formación de estrellas cosmológicas, las luminosidades ultravioleta y las abundancias moleculares varían en diferentes modelos de materia oscura, y estas variaciones pueden contrastarse con los últimos datos del JWST, el primero que llega al universo "antiguo".
"El estudio se basó en las observaciones excepcionales de galaxias en los primeros 500 millones de años detectadas con el JWST y publicadas anticipadamente a finales de 2022", dice el profesor Matteo Viel de la Escuela Internacional de Estudios Avanzados de Trieste y coautor de la investigación.
"Esta es una aplicación importante de datos científicos en épocas tan primordiales para restringir la naturaleza de la materia oscura. Gracias a JWST, hemos observado las galaxias más distantes del universo y sus propiedades nos brindan información clara sobre sus constituyentes".