Hacia la solución al problema de los bariones perdidos usando ráfagas rápidas de radio (FRBs)

Por Francisco R. Villatoro, el 31 mayo, 2020. Categoría(s): Astrofísica • Ciencia • Física • Nature • Noticias • Physics • Science ✎ 7

La solución al problema de los bariones perdidos requiere determinar dónde está el 75 % de la materia bariónica del universo observable. Durante los últimos 20 años la hipótesis más razonable es que se esconden en la web cósmica, invisibles a nuestros instrumentos. Las enigmáticas ráfagas rápidas de radio (FRBs por Fast Radio Bursts) podrían ayudar a resolver el problema; para ello sería necesario determinar la galaxia que aloja la fuente de unas cien FRBs. Se publica en Nature una primera estimación de la densidad de masa bariónica de la web cósmica, 5.1 % (+2.1 %, –2.5 %) al 95 % CL, que usa solo cinco FRBs observadas por el radiotelescopio australiano ASKAP. Sensible a ondas de radio entre 700 y 1800 MHz, se usa la medida de la dispersión (el retraso en la llegada de los pulsos según su frecuencia), para estimar la contribución de la materia entre la fuente y la Tierra. El nuevo resultado es coherente con medidas independientes.

Todo apunta a que la solución al problema de los bariones perdidos se logrará en esta década combinando resultados de múltiples métodos. El artículo es J.-P. Macquart, J. X. Prochaska, …, N. Tejos, «A census of baryons in the Universe from localized fast radio bursts,» Nature 581: 391-395 (27 May 2020), doi: https://doi.org/10.1038/s41586-020-2300-2, arXiv:2005.13161 [astro-ph.CO] (27 May 2020); más información en Michael Shull, «Intergalactic sleuthing with cosmic radio bursts,» Nature Astronomy (28 May 2020), doi: https://doi.org/10.1038/s41550-020-1116-1.

[PS 04 jun 2020] Recomiendo el nuevo artículo de ASKAP, Cherie K. Day, A. T. Deller, …, J. Xavier Prochaska, «High time resolution and polarisation properties of ASKAP-localised fast radio bursts,» MNRAS, submitted (27 May 2020), arXiv:2005.13162 [astro-ph.HE]. [/PS]

ASKAP (Australian Square Kilometer Array Pathfinder), oeste de Australia, junto a CHIME (Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment), oeste de Canadá, tienen por objetivo resolver el problema del origen de los FRBs. Las 36 antenas de 12 metros de diámetro de ASKAP, separadas entre sí una distancia de 6 km, llevan observando FRBs desde 2017 (entonces solo con 8 antenas); las 36 antenas empezaron a observar en febrero de 2019. Su resolución angular entre 0.2 y 1 segundo de arco, lo que permite localizar la galaxia donde se halla la fuente del FRB. Los cinco FRBs seleccionados en el nuevo estudio están en galaxias desde z = 0.118 hasta z = 0.522, es decir, a entre 1500 a 6500 millones de años luz de distancia.

Las ondas de radio de mayor frecuencia nos llegan antes que las de menor frecuencia; este retraso se llama dispersión y se mide en cm–3 pc (recuerda que un pársec (pc) son 3.09 × 1018 cm). Su causa principal son los electrones libres asociados al hidrógeno ionizado, helio y trazas de elementos más pesados que se encuentran en el medio intergaláctico. En la trayectoria desde el origen del FRB hasta la Tierra se estima que la galaxia de la fuente contribuye ≈ 50–100 cm–3 pc y que el disco de la Vía Láctea contribuye con ~30 cm–3 pc. La dispersión de los 5 FRBs observados por ASKAP se encuentra entre 321 to 593 cm–3 pc; gran parte de esta dispersión es debida a la materia bariónica del medio intergaláctico.

ASKAP ha localizado cuatro nuevos FRBs, que se unen a otros cinco ya localizados con anterioridad. Sin embargo, solo cinco de ellos permiten una localización con precisión suficiente (superan el gold standard de este análisis): FRB 180924, FRB 181112, FRB 190102, FRB 190608 y FRB 190711 (se han omitido del análisis FRB 121102, FRB 190523, FRB 180916 y FRB 190611 por diferentes razones). En ellos las dispersiones medidas son de 339, 361, 364, 589 y 593 cm–3 pc estando localizados en galaxias con desplazamientos al rojo de z = 0.118, 0.321, 0.291, 0.476 y 0.522; como se esperaba, la dispersión crece con z (véase la figura).

Dada la contribución a la dispersión debida a nuestra galaxia y a la galaxia de la fuente, las incertidumbres en la dispersión debida al medio intergaláctico son grandes (50–60%). Para reducirla se requiere incrementar la estadística, así como reducir las incertidumbres sistemáticas asociadas a los modelos. Queda mucho trabajo observacional por realizar, pero todo apunta a que se confirma la hipótesis de que los bariones perdidos se encuentran en los filamentos de la web cósmica. Habrá que estar al tanto de los progresos en estos estudios cosmológicos usando FRBs.



7 Comentarios

    1. «Our tendency to see what we want to see is the biggest threat to cosmology.

      A study that surveyed all the published cosmological literature between the years 1996 and 2008 showed that the statistics of the results were too good to be true. In fact, the statistical spread of the results was not consistent with what would be expected mathematically, which means cosmologists were in agreement with each other – but to a worrying degree. This meant that either results were being tuned somehow to reflect the status-quo, or that there may be some selection effect where only those papers that agreed with the status-quo were being accepted by journals.»

      Interesante punto de vista sobre el posible sesgo de confirmación en la cosmologia actual:

      Cosmology Is In Crisis – But Not For The Reason You May Think https://www.google.com/amp/s/amp.iflscience.com/space/cosmology-crisis-not-reason-you-may-think/

    1. No. Se trata de una nueva observación de la web cósmica (que a pesar de haber sido propuesta a finales de los 1980 no empezó a ser observada de forma indirecta hasta principios de los 2000 y aún se necesitan más observaciones para confirmarla de forma definitiva).

  1. Excelente, no conocía esos experimentos, actualmente se cuenta con todo un arsenal de herramientas para estudiar el Universo y descartar o afinar teorías, esperemos que las futuras sondas y telescopios espaciales no se tarden y permitan sumar mas datos interesantes. Gracias Francis.

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