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En él no hay absolutamente nada, ni estrellas, ni galaxias, ni tan sólo materia oscura.

25 Agosto 2007

Astrónomos de la Universidad de Minnesota han descubierto un enorme agujero en el universo. El agujero de casi mil millones de años luz de diámetro carece de materia “normal” como estrellas, galaxias, gas, agujeros negros e incluso de la misteriosa materia oscura. Mientras que estudios anteriores habían detectado agujeros o vacíos (en la estructura a gran escala del universo), este nuevo descubrimiento los empequeñece a todos.

“No sólo nadie ha encontrado nunca un gran vacío, pero es que incluso no esperábamos encontrarnos nosotros con uno de este tamaño,” dijo Lawrence Rudnick profesor de astronomía de la universidad de Minnesota. Rudnick, junto con el estudiante Shea Brown y la profesora asociada Liliya Williams, también de la universidad de Minnesota, que han divulgado el resultado de su trabajo en un informe aceptado para su publicación en el Astrophysical Journal.

Los astrónomos hace años que saben, que en escalas grandes, el universo tiene agujeros en gran parte vacíos de materia. Sin embargo, la mayor parte de estos vacíos son mucho más pequeños que el que ha sido encontrado por Rudnick y sus colegas. Además, el número de vacíos descubiertos disminuye mientras que su tamaño aumenta.

“Lo que hemos encontrado no es normal, comparándolo con otros estudios de observación o en simulaciones de computadoras sobre la evolución del universo,” comentó Williams.

Izquierda: Una región de 25 grados de la emisión Cósmica de fondo de microondas alrededor de la región del punto WMAP frío (círculo). Los colores representan muy pequeñas variaciones (1 parte en 100,000) alrededor de la temperatura media de 2.7 grados por encima del cero absoluto, con colores azules que indican frío. Los datos son del satélite WMAP de la NASA. Derecha: Una imagen del NVSS del Observatorio Nacional de Radioastronomía (NRAO) muestra la calmada emisión de radio mezclada de las galaxias a lo largo de la trayectoría. Los colores azules representan reflejos de aproximadamente un 20 % por debajo del promedio.

Los astrónomos llegaron a esta conclusión estudiando los datos recogidos por el NVSS, del Conjunto Muy Grande (VLA = Very Large Array), del Nacional Radio Astronomy Observatory, NRAO (Observatorio Nacional de Radioastronomía). El estudio de los datos del NVSS demostró una notable disminución en el número de galaxias en una región del cielo en la constelación Eridanus, en el sudoeste de Orion.

“Ya sabíamos ya que había algo diferente en ese punto del cielo”, ha dicho Rudnick. La región había sido bautizada como el “punto frío de WMAP,” porque destacaba en un mapa de la radiación cósmica del fondo de microondas (CMB) hecha por el satélite WMAP (Sonda de Anisotropía de Microondas Wilkinson), lanzado por la NASA en el 2001. El CMB, son ondas de radio débiles, el remanente de la radiación del Big Bang, y son la imagen disponible más temprana del nacimiento del universo. Las irregularidades en el CMB demuestran las estructuras que existieron solamente algunos cientos de miles de años después del Big Bang.

El satélite WMAP mide diferencias de temperatura en el CMB de sólo una millonésima de grado. La región fría en Eridanus se descubría en el 2004.

Lanzado el 30 de junio de 2001, la sonda WMAP mantiene una órbita distante sobre el segundo Punto de Lagrange, o "L2" un millón de millas de la Tierra.

Los astrónomos se preguntaban si el punto frío era intrínseco al CMB, e indicaba así alguna estructura en el universo primigenio, o si bien podría ser provocado por algo más cercano por lo que tenía que pasar el CMB en su camino hasta la Tierra. Encontrar la penuria de galaxias en esa región estudiando los datos del NVSS resolvió esa pregunta.
“Aunque nuestros sorprendentes resultados necesitan confirmación independiente, la temperatura levemente más baja del CMB en esta región parece ser provocada por un agujero enorme desprovisto de casi toda materia, a una distancia entre seis mil y diez mil millones de años luz de la tierra,” comentó Rudnick.

¿Cómo provoca una carencia de materia una temperatura más baja en el CMB del Big Bang observada desde Tierra?

La respuesta está en la materia oscura, que se convertía en la fuerza dominante en el Universo recientemente, cuando este medía tres cuartas partes del tamaño actual. La materia oscura funciona enfrentada a la gravedad y está acelerando la expansión del Universo. Gracias a la materia oscura, los fotones del CMB que pasan a través de un gran vacío antes de llegar a la Tierra tienen más energía que los que lo hacen a través de un área con una distribución normal de materia en las últimas etapas de su viaje.

En una expansión simple del universo, sin materia oscura, los fotones que se acercan a una masa grande, (por ejemplo un súper cúmulo de galaxias), toman energía de su gravedad. Al alejarse, la gravedad socava su energía, y se quedan con la misma energía que cuando se acercaron.

Pero los fotones que pasan a través de un espacio rico en materia, cuando la energía oscura llegó a ser dominante, no caen de nuevo a su nivel de energía original. La energía oscura (contraría a la influencia de la gravedad), evita que grandes masas atraigan la energía de los fotones cuando estos se alejan. Así, estos fotones llegan la tierra con una energía levemente más alta (o temperatura), que en un universo libre de materia oscura.

Ilustración del efecto de la materia que interviene en el fondo de microondas cósmico (CMB). A la derecha, el CMB se suelta poco después del Big Bang, con una minúscula variación en la temperatura debido a las fluctuaciones en el temprano universo. Cuando esta radiación cruza el universo, lleno de un tejido de galaxias, racimos, súper cúmulos, experimenta perturbaciones leves. En la dirección del vacío gigante recientemente-descubierto, el satélite de WMAP (superior izquierda) ve una mancha fría, mientras que el VLA (inferior izquierda) ve menos emisiones de radio de las galaxias.

Al contrario, los fotones que pasan a través de un vacío tan grande experimentan una pérdida de energía. La aceleración de la expansión del universo, y con ella la materia oscura, fueron descubiertas hace menos de una década. Las características físicas de la energía oscura son desconocidas, aunque es en gran medida la forma más abundante de energía hoy en el universo. Aprender su naturaleza es uno de los problemas actuales más fundamentales en astrofísica.

El Observatorio Nacional de Radioastronomía (NRAO = National Radio Astronomy Observatory) es una instalación de la Fundación Nacional de Ciencias, operado por acuerdo cooperativo por Universidades Asociadas S.A.. Esta investigación de la universidad de Minnesota está apoyada por subvenciones del NSF y de la NASA.


Crédito de las imágenes: Bill Saxton, Rudnick et al., NRAO/AUI/NSF, NASA