Protones (muchos, muchísimos) perdidos por un capricho

Explorando un área equivalente a la centésima parte de lo que ocupa la luna llena en el cielo, el Hubble ha localizado unas 10.000 galaxias. Extrapolando esa cifra obtendríamos un mareante 200.000 millones de galaxias suficientemente brillantes como para que las detectemos en todo el Universo. Y, probablemente más, muchas más, menores, difícilmente observables.

Una cantidad descomunal, ¿no? Pues no. Nos faltan galaxias, parece… O nos falta explicar por qué no están.

Nos faltan galaxias para explicar toda la materia creada en el Big Bang. No se trata de la materia oscura, no. Eso es otra cosa. Se trata de la materia normal, de la que estamos hechos tú y yo, la mesa, la pantalla de tu ordenador, el sol… Se trata de la construida por protones y electrones y neutrones. La llamada bariónica. Cuya cantidad total, dicen los especialistas, puede calcularse fácilmente (para ellos que han estudiado, claro) por diversos métodos independientes, los cuales dan cifras parecidas, haciendo más fiable ese dato.

Además, estudiando el tiempo anterior a las primeras galaxias se puede comprobar que toda esa materia, todos esos protones, estaban. Se sigue bien su pista hasta el momento en que esas primeras galaxias se van formando. Y en ellas solo se localizan el 10%. ¿¿¿Dónde está el 90% que no está en las galaxias??? ¿Tantas nos faltan por descubrir? ¿O estamos perdiéndonos algo importante?

Hay una parte de esa materia que se puede detectar rodeando las galaxias que están en los cúmulos. Con la forma de tenue, muy tenue gas intergaláctico. Con eso logramos sumar, en el mejor de los casos, un 50%. Pero nos sigue faltando otro 50%. ¿Por qué no podemos verlos?

Filamentos galácticos
Fuente: Space, the final frontier

Se ha propuesto, para toda esa gigantesca marea de materia perdida, una forma difícil de identificar. La distribución de las galaxias a lo largo del Uiverso nos da una pista. Y es que no están igualmente repartidas por el Universo. Se sitúan (nos situamos) en largos, larguísimos filamentos interconectados entre sí. Los cúmulos de galaxias, como el de Virgo (el más cercano a nosotros, muy poblado, con 1.300 de ellas), se sitúan en los nodos, en los puntos de curce de esos filamentos. El gas intergaláctico cae hacia esos filamentos y, cuando lo hace, se calienta (es decir, sus partículas se mueven a más valocidad) alcanzando entre 100.000 y unas pocas decenas de millones de ºK. Aunque eso parece una barbaridad para los estándares humanos, en el Universo no es tanto, no. A esa temperatura ni siquera pueden emitir fotones de rayos X. Y, por tanto, resulta una materia difícil de detectar, es complicado ver ese gas.

Se le ha llamado “Medio Intergaláctico Templado-Cálido” (en inglés, Warm-Hot Intergalactic Medium, o WHIM, que, curiosamente, también significa capricho en inglés; es llamativa la afición de los científicos a acrónimos llamativos y con doble sentido, con un sentido del humor un tanto friki).

¿Se ha encontrado algún rastro del WHIM? Pese a lo complicado de identificar alguna emisión de fotones (que es el modo en que vemos; la luz, sin ir más lejos, es una forma de emisión o reflejo de fotones), sí se ha comprobado que la luz que nos llega de cuásares muy, muy, muy lejanos, que tiene, por tanto, que atravesar grandes cantidades de WHIM, muestra depresiones de absorción muy características, identificables (se puede encontrar que en el WHIM hay oxígeno ionizado, p.ej.). La luz que nos llega de cuásares sin pasar por ese filtro, sin atravesar grandes cantidades de espacio lleno de WHIM, no exhibe esas depresiones de absorción, esas pérdidas de energía debidas a que chocas con átomos. Por tanto, el WHIM se puede estudiar.

¿Qué nos enseña el WHIM? Que la mayoría de la materia es demasiado tenue y caliente para formar galaxias. Y es que ese proceso requiere de agrupaciones densas y frás de protones, o sea, de hidrógeno (y algunos átomos y moléculas más, pero pocas, distintas del hidrógeno). Y que esa ineficiencia ha empeorado, ya que la tasa de formación de galaxias fue, en el inicio de las primeras, 10-20 veces superior a la actual. De hecho, la mayoría de las galaxias proceden de aquella época inicial y no demasiadas se han formado después.

Hoy se considera que las galaxias se han gestado atrayendo materia ordinaria (esa de la que estamos hechos tú y yo) hacia gigantescos halos de materia oscura (esa que llamamos así porque no tenemos ni la menor idea de lo que es, aunque sabemos que está ahí). Pero conforme esa materia cae, radia y se enfría. Y se junta. Es decir, produce aglomeraciones más frías y más densas, capaces de condensarse en estrellas y, en el caso de las galaxias de gran tamaño, agujeros negros gigantescos. Pero al formarse las estrellas y, en su caso, agujeros negros galácticos, se ponen en marcha mecanismos que bloquean ese proceso de crecimiento de la galaxia. Y es que la energía liberada por estos objetos (por el agujero negro cuando engulle materia, por las estrellas cuando explotan como supoernovas) calienta y dispersa la materia. El propio nacimiento de la galaxia se encarga de limitarla, de impedir su crecimiento. Incluso expulsando gas hacia el WHIM, que es de donde venía. Este fenómeno ayuda a explicar por qué las galaxias conocidas no superan cierto tamaño.

Una cuestión que el WHIM también puede ayudar a aclarar es por qué, a pesar de que los modelos predicen enjambres de galaxias enanas satelitando a las mayores, eso no se observa en la realidad, resultando sólo unas pocas. Y es que los procesos internos que frenan el crecimiento y alimentan el WHIM también habrían sofocado a las más pequeñas, impidiendo que superaran un tamaño determinado. Sólo superado cierto umbral de masa la atracción de materia superaría a su expulsión.

Es decir, que el WHIM nos ayuda a explicar el tamaño de las galaxias. Por qué no abundan las muy pequeñas y por qué hay un límite para las gigantes.

Grumo Lyman-Alpha

Siguiendo este planteamiento, se han buscado nubes de gas de tamaños colosales y en proceso de enfriamiento. Las cuales representarían galaxias tratando de nacer. Y se han encontrado. Los llamados grumos Lyman-alfa. Objetos que tienen unos 300.000 años luz de diámetro, el triple de la Vía Láctea, lo cual los convierte en las esructuras conocidas más grandes del Universo. El primero de estos objetos fue descubierto hace 10 años, pero desde entonces se han localizado muchos más, una vez que se sabe qué hay que mirar. El problema es que no todos los grumos representarían galaxias en formación pues, para enmarañar las cosas, es posible interpretarlos como estructuras resultado de un proceso de calentamiento y dispersión, no de enfriamiento y condensación. Aún no sabemos distinguir un tipo de grumos de los otros.

En cualquier caso, una galaxia, a consecuencia del WHIM, ha dejado de ser el Universo-Isla del que habló Kant. Hoy todas las vemos conectadas entre sí, formando parte de un gigantesco ciclo en el que la materia entra y sale de ellas, y vuelve a entrar y salir, pero ahora de otra. Un gigantesco ciclo que las alimenta de materia pero que también se la retira. Un universo de gaaxias conectadas por el capricho del WHIM.

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