Fascinante descubrimiento sobre el origen de la materia del Universo

 

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.

Los astrofísicos en Italia han arrojado nueva luz sobre la naturaleza de la materia a partir de las detecciones de galaxias del Telescopio Espacial James Webb (JWST) hace 13 mil millones de años y nuevas simulaciones numéricas de última generación de las primeras galaxias. El estudio añade otra pieza al rompecabezas de la naturaleza de la materia en el Universo.

Si bien el paradigma comúnmente aceptado de formación de estructuras se basa en materia no relativista que interactúa solo gravitatoriamente, 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 JWST en la primera fracción de mil millones de años después del Big Bang son valiosas sondas de la naturaleza de la materia", dice el Dr. Umberto Maio, investigador del Instituto Nacional Italiano de Astrofísica (INAF), Instituto Astronómico. Observatorio de Trieste y autor principal del artículo que describe el descubrimiento recién publicado en Astronomy & Astrophysics (vol 672, ref = A71). 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 superior 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 anteriores 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".

La investigación fue una colaboración entre el INAF-Observatorio Astronómico de Trieste y la Escuela Internacional de Estudios Avanzados de Trieste, Italia. "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”.

Este importante logro fue posible gracias a JWST, uno de los telescopios más potentes que orbitan en el espacio, que es una colaboración internacional entre la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio de los Estados Unidos (NASA), la Agencia Espacial Europea (ESA) y la Agencia Espacial Canadiense (CSA). ). La investigación muestra cómo dos observables, la función de luminosidad de galaxias y la función de correlación de galaxias a pequeña escala de objetos débiles, especialmente cuando se usan en combinación, son herramientas prometedoras para discriminar entre diferentes modelos de materia oscura. Los hallazgos del estudio también están de acuerdo con las propiedades del medio intergaláctico, la "telaraña cósmica", en épocas más recientes.

"En el futuro, cuando haya más datos disponibles para fuentes pequeñas, tenues y jóvenes, pueden surgir más pistas de las primeras estadísticas de masa estelar y la emisión de monóxido de carbono de las galaxias", concluyen los científicos. El descubrimiento de galaxias tan tempranas demuestra que estas estructuras pueden formarse en solo una fracción de mil millones de años, lo que corresponde a un abrir y cerrar de ojos en contextos cosmológicos. Por lo tanto, más y más detecciones de galaxias con formación de estrellas primordiales serán posibles en un futuro cercano y esto allanará el camino para una mejor comprensión de la naturaleza de la materia.

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