Por Nicolás Tejos, investigador postdoctoral Instituto Milenio de Astrofísica 

Los bariones son partículas subatómicas que contienen casi toda la masa de un átomo; básicamente protones y neutrones. De acuerdo a nuestro paradigma cosmológico actual, solo un 10% de los bariones se encuentran dentro de las galaxias (incluyendo estrellas, planetas, hielo, polvo, etc.) mientras que el 90% restante se encuentra en las vastas regiones entre galaxias, que llamamos medio intergaláctico. Esta proporción era aún más extrema en etapas tempranas del Universo; después de todo, las galaxias se forman a partir de la acreción y acumulación de material proveniente del medio intergaláctico.

El censo de bariones en el Universo distante (y por tanto Universo temprano) ha confirmado esto, donde todos los átomos producidos por la nucleosíntesis del Big Bang han sido encontrados. Sin embargo, en el Universo tardío (o sea, hacia el presente), solo un 50% de los bariones han sido observados. Este déficit de bariones a escalas cosmológicas se conoce como el “Problema de los Bariones Perdidos”, un misterio sin resolver de gran relevancia para la cosmología y astrofísica que ha persistido por varias décadas.

¿Dónde está todo este material faltante? Esperamos que los bariones se reacomoden y formen átomos más complejos o moléculas, pero la mitad de los protones y neutrones del Universo no pueden simplemente desvanecerse, ¿cierto? Efectivamente, simulaciones hidrodinámicas cosmológicas sugieren que la mayoría de los bariones perdidos estarían en forma de átomos de hidrogeno ionizado (básicamente protones libres) en el medio intergaláctico, con densidades y temperaturas tales que los hacen extremadamente difícil de observar (ver panel izquierdo de la figura). Muy probablemente estos protones residen en las componentes filamentosas más densas de la estructura a gran escala del Universo, pero siguen sin ser observados.

En este estudio, hemos desarrollado un experimento para hallar estos bariones perdidos. La idea principal es encontrar estructura filamentosa que conecta a pares de cúmulos de galaxias, donde esperamos que el gas de hidrógeno sea de mayor densidad. Aun así, las densidades y temperaturas no son suficientes para detectarlos en emisión con la tecnología actual. Entonces intentamos observarlos por la absorción que causan en la luz de objetos extragalácticos muy brillantes y más lejanos. Hemos usado espectroscopía UV en el Telescopio Espacial Hubble de un cuásar cuya línea de visión intersecta varios de esos filamentos, y encontramos absorción cuyas propiedades son consistentes con la presencia de estos bariones perdidos pero a una baja significancia estadística (ver panel derecho de la Figura). Ahora estamos obteniendo más datos para replicar el análisis y reducir la incertidumbre estadística. Aunque los resultados actuales no son conclusivos, nuestro experimento ofrece una ruta promisoria para resolver el misterio de los bariones perdidos.

Figura. Panel izquierdo: Mapa de temperatura del material intergaláctico obtenido por una simulación hidrodinámica. Se espera que los bariones perdidos sean gas de hidrogeno (H) a temperaturas T~105-107  K los cuales serian extremadamente difíciles de observar. Panel derecho: Nuestros resultados de la detección de exceso de gas a T>105 K en filamentos entre cúmulos de galaxias trazados por lineas de absorción de HI anchas (BLAs; en rojo), en comparación al exceso de gas del medio intergaláctico frió trazado por lineas de absorción de HI delgadas de HI (NLAs; en azul): este exceso relativo se incrementa a medida que estamos mas cerca de los filamentos entre clusters (ver Tejos et al. 2016 para mayores detalles). Las regiones sombreadas alrededor de nuestras mediciones indican que la significancia estadistica es baja; por lo tanto, actualmente intentamos replicar el experimento usando muestras mas grandes.

Agradecimiento figura destacada: figura producida por el proyecto EAGLE (http://icc.dur.ac.uk/Eagle/).