La materia oscura resulta invisible a todos nuestros instrumentos, pero ello no significa que no esté ahí. Afecta a la materia que conocemos por su acción gravitatoria. Mediante una nueva técnica que se está desarrollando en el Max Planck Institute for Astrophysics se podrá conseguir ponerla de manifiesto.

Un enorme radiotelescopio permitirá realizar un mapa de la radiación procedente del Hidrógeno pregaláctico que se formó poco después del Big Bang, y que podrá ser visible en todas las direcciones. Cualquier materia oscura presente, distorsionará esta radiación (como las ondulaciones en una charca) revelando su presencia y cantidad.

La trayectoria de la luz procedentes de objetos distantes, llega hasta nosotros ligeramente distorsionada por los efectos gravitatorios de los cuerpos por los que pasa. Este efecto fue observado por primera vez en 1919 en la luz procedente de estrellas distantes al pasar cerca de la superficie de nuestro Sol, permitiendo a la teoría de la gravitación de Einstein proporcionar una mejor descripción de la realidad, que la de Newton. La curvatura que se produce, ocasiona una distorsión de las imágenes de galaxias distantes, análoga a la producida por el cristal de una ventana cuando se observa un paisaje lejano o cuando éste se observa reflejado en la superficie ondulada de un lago. La magnitud de la distorsión se puede utilizar para medir la fuerza de la gravedad de los objetos que la producen y a partir de ahí, su masa. Si estas medidas se realizan para un número suficientemente grande de galaxias lejanas, se puede realizar un mapa de su masa total. Mediante esta técnica se han obtenido ya medidas exactas de la masa típica asociada a las galaxias en primer plano, así como de un determinado número de cúmulos de galaxias. Sin embargo presenta algunas limitaciones, un gran telescopio, solamente permite ver un número limitado de galaxias en primer plano, cuyo valor máximo alcanza unas 100 000 en cada superficie de cielo del tamaño de la Luna llena. Se deben realizar una media de unas 200 galaxias, para detectar el valor de la distorsión de la señal gravitatoria, constituyendo el área más pequeña para que la masa que se pueda apreciar corresponda aproximadamente a la que presenta el 0,2 % de la Luna llena.

Las imágenes obtenidas están desenfocadas y presentan granulación para determinados fines. Por ejemplo, únicamente los bloques más grandes de materia (cúmulos) pueden dar lugar a un punto en dichos mapas con un cierto grado de confianza. Un segundo problema es el que, la medición de la distorsión de muchas galaxias distantes cae delante de muchos cúmulos de galaxias que se desearía representar y se ven afectadas por su gravedad. Realizar una imagen nítida de la masa en una determinada dirección requiere muchas de fuentes y a diferentes distancias.

Los científicos Ben Metcalf Simon White del MPA, han demostrado que las radiofuentes que recibimos, proceden de una época anterior a la formación de las galaxias. Unos 400 000 años después del Big Bang, el universo se había enfriado lo suficiente como para que la casi totalidad de la materia ordinaria se transformara en los gases Hidrógeno y Helio, difusos y casi uniformes. Algunos cientos de millones de años mas tarde, la gravedad había amplificado las no-uniformidades hasta el punto en que se pudieran formar las primeras estrellas y galaxias. La luz UV volvió a calentar el gas difuso y durante este recalentamiento el Hidrógeno se tornó más caliente o más frío dependiendo de la radiación relicta del Big Bang. En consecuencia, debe haber absorbido o emitido ondas de radio en longitudes de onda de 21 cm.

La expansión del Universo permite que ésta radiación sea visible hoy día a longitudes de onda de 2 a 20 metros y se están construyendo varios telescopios para captar esta radiación de baja radio frecuencia. Uno de los más avanzados es el Low Frequency Array (LOFAR) situado en Holanda, un proyecto en el que el Max Planck Institute for Astrophysics está llamado a tener un papel significativo junto con otras instituciones alemanas. El Hidrógeno pregaláctico presenta estructuras de todos los tamaños siendo el precursor de las galaxias, existiendo hasta 1000 de éstas estructuras a distintas distancias a lo largo de cada línea de visión. Un radiotelescopio las puede separar, puesto que las estructuras a distintas distancias emiten señales en distintas longitudes de onda, Metcalf y White han demostrado que la distorsión gravitatoria de estas estructuras, permitirían que un radiotelescopio produjera imágenes de alta resolución de la distribución de la masa cósmica, las cuales serían diez veces mas nítidas que la mejor de las obtenidas mediante la distorsión galáctica. Un objeto similar en masa a nuestra Vía Láctea, se podría detectar tiempo atrás, cuando el Universo tuviese solamente el 5 % de la edad actual. Una imagen con tan alta resolución, precisaría una cadena de telescopios enormemente grandes, que cubriese una región de cerca de 100 km. Esto representa 100 veces el tamaño previsto para la parte central del LOFAR y unas 20 veces mayor que la superficie cubierta por el Square Kilometre Array (SKA), el cual se encuentra sometido actualmente a discusión. Un telescopio de tal tamaño, podría trazar un mapa de la distribución total de la masa gravitatoria del Universo, proporcionando el mapa definitivo comparativo de las imágenes producidas por otros telescopios que, únicamente resaltan una minúscula fracción de la masa que emite la radiación que el puede detectar.

Para conseguir estos resultados no tenemos que esperar al telescopio gigante. Una de las cosas más apremiantes de la física actual es lograr un mejor entendimiento de la misteriosa Energía Oscura que produce actualmente la expansión acelerada del Universo. Metcalf y White demuestran que los mapas de las masas de grandes partes del cielo realizados con un instrumento como el SKA podrían determinar las características de la Energía Oscura de un modo más exacto que con cualquier otro sugerido anteriormente, siendo su exactitud 10 veces mayor que los realizados mediante la técnica de la distorsión gravitacional de las imágenes ópticas de las galaxias.

Fuente: Max Planck Institute for Astrophysics News Release

Traducido de: http://www.universetoday.com/2006/12/14/new-technique-could-reveal-dark-matter/