Un objeto de halo compacto astrofísico masivo ( MACHO ) es una especie de cuerpo astronómico que podría explicar la aparente presencia de materia oscura en los halos de galaxias . Un MACHO es un cuerpo que emite poca o ninguna radiación y se desplaza a través del espacio interestelar sin estar asociado con ningún sistema planetario (y puede o no estar compuesto de materia bariónica normal ). Dado que los MACHO no son luminosos, son difíciles de detectar. Los candidatos a MACHO incluyen agujeros negros o estrellas de neutrones , así como enanas marrones y planetas no asociados . Enanas blancasy se han propuesto también enanas rojas muy tenues como candidatos a MACHO. El término fue acuñado por el astrofísico Kim Griest. [1]
Detección
Un MACHO puede detectarse cuando pasa por delante o cerca de una estrella y la gravedad del MACHO dobla la luz, haciendo que la estrella parezca más brillante en un ejemplo de lente gravitacional conocido como microlente gravitacional . Varios grupos han buscado MACHO mediante la búsqueda de la amplificación de luz por microlente. Estos grupos han descartado que la materia oscura sea explicada por MACHO con masa en el rango1 × 10 −8 masas solares (0,3 masas lunares) a 100 masas solares. Un grupo, la colaboración MACHO, afirmó en 2000 haber encontrado suficiente microlente para predecir la existencia de muchos MACHO con una masa media de aproximadamente 0,5 masas solares , suficiente para constituir quizás el 20% de la materia oscura de la galaxia. [2] Esto sugiere que las MACHO podrían ser enanas blancas o enanas rojas que tienen masas similares. Sin embargo, las enanas rojas y blancas no son completamente oscuras; emiten algo de luz, por lo que se pueden buscar con el telescopio Hubble y con los estudios de movimiento adecuados . Estas búsquedas han descartado la posibilidad de que estos objetos constituyan una fracción significativa de materia oscura en nuestra galaxia. Otro grupo, la colaboración EROS2, no confirma las afirmaciones señaladas por el grupo MACHO. No encontraron suficiente efecto de microlente con una sensibilidad mayor en un factor 2. [3] Las observaciones que utilizaron el instrumento NICMOS del Telescopio Espacial Hubble mostraron que menos del uno por ciento de la masa del halo está compuesta de enanas rojas. [4] [5] Esto corresponde a una fracción insignificante de la masa del halo de materia oscura. Por lo tanto, los MACHO no resuelven el problema de la masa faltante.
Tipos
A veces se puede considerar que los MACHO incluyen agujeros negros . Los agujeros negros aislados sin ninguna materia a su alrededor son verdaderamente negros, ya que no emiten luz y cualquier luz que brille sobre ellos se absorbe y no se refleja. Un agujero negro a veces puede ser detectado por el halo de gas brillante y polvo que se forma a su alrededor como un disco de acreción que es atraído por la gravedad del agujero negro. Un disco de este tipo puede generar chorros de gas que salen disparados del agujero negro porque no se pueden absorber con la suficiente rapidez. Sin embargo, un agujero negro aislado no tendría un disco de acreción y solo sería detectable mediante lentes gravitacionales. Los cosmólogos dudan de que constituyan la mayoría de la materia oscura porque los agujeros negros se encuentran en puntos aislados de la galaxia. El mayor contribuyente a la masa faltante debe extenderse por toda la galaxia para equilibrar la gravedad. Una minoría de físicos, incluidos Chapline y Laughlin , cree que el modelo ampliamente aceptado del agujero negro es incorrecto y debe ser reemplazado por un nuevo modelo, la estrella de energía oscura ; en el caso general del nuevo modelo sugerido, la distribución cosmológica de la energía oscura sería ligeramente grumosa y las estrellas de energía oscura de tipo primordial podrían ser un posible candidato para MACHO.
Las estrellas de neutrones , a diferencia de los agujeros negros, no son lo suficientemente pesadas como para colapsar por completo y, en cambio, forman un material parecido al de un núcleo atómico (a veces llamado informalmente neutronio ). Después de un tiempo suficiente, estas estrellas podrían irradiar suficiente energía para enfriarse lo suficiente como para ser demasiado débiles para ver. Del mismo modo, las enanas blancas viejas también pueden volverse frías y muertas, convirtiéndose eventualmente en enanas negras , aunque no se cree que el universo tenga la edad suficiente para que ninguna estrella haya alcanzado esta etapa.
Las enanas marrones también se han propuesto como candidatas a MACHO. Las enanas marrones a veces se denominan "estrellas fallidas", ya que no tienen suficiente masa para que comience la fusión nuclear una vez que su gravedad hace que colapsen. Las enanas marrones tienen entre trece y setenta y cinco veces la masa de Júpiter. La contracción del material que forma la enana marrón los calienta, por lo que solo brillan débilmente en longitudes de onda infrarrojas, lo que los hace difíciles de detectar. Un estudio de los efectos de lentes gravitacionales en la dirección de la Pequeña Nube de Magallanes y la Gran Nube de Magallanes no detectó el número y el tipo de eventos de lentes esperados si las enanas marrones constituían una fracción significativa de materia oscura. [6]
Consideraciones teóricas
El trabajo teórico también mostró simultáneamente que no es probable que los antiguos MACHO sean responsables de las grandes cantidades de materia oscura que ahora se cree que están presentes en el universo. [7] El Big Bang, como se entiende actualmente, no pudo haber producido suficientes bariones y aún ser consistente con las abundancias elementales observadas, [8] incluida la abundancia de deuterio . [9] Además, las observaciones separadas de las oscilaciones acústicas de bariones , tanto en el fondo cósmico de microondas como en la estructura a gran escala de las galaxias, establecen límites en la proporción de bariones a la cantidad total de materia. Estas observaciones muestran que una gran fracción de materia no bariónica es necesaria independientemente de la presencia o ausencia de MACHO. [10]
Ver también
- Partículas masivas de interacción débil (WIMPS), una teoría alternativa de la materia oscura
- Asociaciones robustas de objetos bariónicos masivos (RAMBO)
Referencias
- ^ Croswell, Ken (2002). El universo a medianoche . Simon y Schuster . pag. 165.
- ^ C. Alcock et al., The MACHO Project: Microlensing Results from 5.7 Years of LMC Observations . Astrophys. J. 542 (2000) 281-307
- ^ P. Tisserand et al., Límites en el contenido masculino del halo galáctico del estudio EROS-2 de las nubes de Magallanes , 2007, Astron. Astrophys. 469, 387-404
- ↑ David Graff y Katherine Freese, [1] , Análisis de la búsqueda de enanas rojas en el telescopio espacial Hubble: límites de la materia bariónica en el halo galáctico, Astrophys. J. 456: L49, 1996.
- ^ J. Najita, G. Tiede y S. Carr, De estrellas a superplanetas: la función de masa inicial de baja masa en el cúmulo joven IC 348. The Astrophysical Journal 541, 1 (2000), 977-1003
- ^ Paul Gilster (22 de abril de 2009). "Enanas marrones ubicuas: ¿una solución de materia oscura?" . centauri-dreams.org . Consultado el 10 de enero de 2019 .
- ↑ Katherine Freese, Brian Fields y David Graff, [2] Límites de los objetos estelares como la materia oscura de nuestro halo: parece que se requiere materia oscura no bariónica.
- ^ Brian Fields, Katherine Freese y David Graff, [3] Restricciones de abundancia química en enanas blancas como halo de materia oscura, Astrophys. J. 534: 265-276,2000.
- ^ Arnon Dar, materia oscura y nucleosíntesis del Big Bang . Astrophys. J., 449 (1995) 550
- ^ Wayne Hu (2001). "Guía intermedia de los picos acústicos y la polarización" .