Un nuevo análisis de cómo evolucionan los cúmulos de galaxias a lo largo del tiempo ha arrojado mediciones precisas de la cantidad total de materia en el Universo y su grado de aglomeración.
Estos y otros hallazgos fueron reportados en una serie de artículos publicados por científicos del consorcio alemán eROSITA, dirigido por el Instituto Max Planck de Física Extraterrestre.
Los resultados alivian la tensión entre mediciones anteriores de la aglomeración, al tiempo que ofrecen información sobre las elusivas medidas de la masa de los neutrinos y de la presión proporcionada por la energía oscura.
Hace dos semanas, el consorcio alemán eROSITA publicó los datos del primer estudio de todo el cielo. El objetivo principal del estudio es comprender mejor la cosmología mediante la medición del ensamblaje de cúmulos de galaxias a lo largo del tiempo cósmico, algunas de las estructuras más grandes de nuestro Universo. Al rastrear la evolución de los cúmulos a través de los rayos X emitidos por el gas caliente, eROSITA ha realizado mediciones precisas tanto de la cantidad total de materia en el Universo como de su aglomeración. Las mediciones de eROSITA resuelven inconsistencias previas entre mediciones anteriores de grumos utilizando diferentes técnicas, específicamente el fondo cósmico de microondas (CMB) y lentes gravitacionales débiles.
«eROSITA ahora ha llevado la medición de la evolución de los cúmulos como una herramienta para la cosmología de precisión al siguiente nivel», dijo en un comunicado la Dra. Esra Bulbul (MPE), científica principal del equipo de cosmología y cúmulos de eROSITA que entregó los resultados innovadores. «Los parámetros cosmológicos que medimos en los cúmulos de galaxias son consistentes con el CMB de última generación, lo que demuestra que el mismo modelo cosmológico se mantiene desde poco después del Big Bang hasta hoy».
La materia de todo tipo, el 29% de la densidad energética del Universo
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Según el modelo cosmológico estándar, llamado modelo Lambda Cold Dark Matter (Lambda-CDM), el Universo primario era un mar denso y extremadamente caliente de fotones y partículas. A lo largo del tiempo cósmico, pequeñas variaciones de densidad crecieron hasta convertirse en las grandes galaxias y cúmulos de galaxias que podemos ver hoy. Las observaciones del cúmulo eROSITA muestran que la materia de todo tipo (visible y oscura) constituye actualmente el 29% de la densidad energética total del Universo, en excelente concordancia con los valores obtenidos de las mediciones de la radiación cósmica de fondo de microondas, que se emitió cuando el universo se volvió transparente por primera vez.
Además de medir la densidad total de la materia, eROSITA también ha medido la aglomeración de la distribución de la materia, utilizando un parámetro llamado S8. Un avance importante en cosmología en los últimos años ha sido la llamada «tensión S8». Esta tensión surge porque los experimentos de fondo cósmico de microondas miden un valor de S8 más alto que, por ejemplo, los studios cosmológicos de lentes gravitacionales débiles.
Una nueva física está implícita a menos que se pueda resolver esta tensión, y eROSITA ha hecho precisamente eso. «eROSITA nos dice que el Universo se comportó como se esperaba a lo largo de la historia cósmica», dice el Dr. Vittorio Ghirardini, investigador postdoctoral del MPE que dirigió el estudio de cosmología. «No hay tensión con el CMB; quizás ahora los cosmólogos puedan relajarse un poco».
Partículas indetectables
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Las estructuras más grandes del Universo también contienen información sobre las partículas más pequeñas: los neutrinos. Estas partículas livianas son casi imposibles de detectar. «Puede parecer paradójico, pero hemos obtenido estrictas limitaciones sobre la masa de las partículas más ligeras conocidas a partir de la abundancia de los objetos más grandes del Universo», dijo Ghirardini. Aunque los neutrinos son pequeños, son «calientes», es decir, viajan casi a la velocidad de la luz. Por lo tanto, tienden a suavizar la distribución de la materia, lo que puede comprobarse analizando la evolución de los cúmulos de galaxias en el Universo.
«Estamos incluso al borde de un gran avance para medir la masa total de neutrinos en combinación con experimentos terrestres de neutrinos», añade Ghirardini. La evolución del grupo en los datos de eROSITA por sí sola indica un límite superior para la masa total de 0,22 eV (electronvoltios); combinado con los datos de CMB, esto se reduce incluso a 0,11 eV con un nivel de confianza del 95 %. Esta es la medición combinada más precisa hasta la fecha realizada por cualquier sonda de cosmología observacional.
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