Un objeto de halo compacto masivo ( MACHO , por sus siglas en inglés ) es un tipo de cuerpo astronómico que podría explicar la aparente presencia de materia oscura en los halos galácticos . Un MACHO es un cuerpo que emite poca o ninguna radiación y se desplaza a través del espacio interestelar sin asociarse 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 MACHO incluyen agujeros negros o estrellas de neutrones , así como enanas marrones y planetas no asociados . Las enanas blancas y las enanas rojas muy débiles también se han propuesto como candidatos MACHO. El término fue acuñado por el astrofísico Kim Griest. [1]
Un MACHO puede detectarse cuando pasa frente a una estrella o casi frente a ella y la gravedad del MACHO curva la luz, lo que hace que la estrella parezca más brillante en un ejemplo de lente gravitacional conocido como microlente gravitacional . Varios grupos han buscado MACHO buscando la amplificación de la luz por microlente. Estos grupos han descartado que la materia oscura se pueda explicar 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 , suficientes para constituir quizás el 20% de la materia oscura en la galaxia. [2] Esto sugiere que los 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 espacial Hubble y con estudios de movimiento propio . Estas búsquedas han descartado la posibilidad de que estos objetos compongan una fracción significativa de la materia oscura en nuestra galaxia. Otro grupo, la colaboración EROS2, no confirma las afirmaciones de señales del grupo MACHO. No encontraron suficiente efecto de microlente con una sensibilidad dos veces superior. [3] Las observaciones realizadas con el instrumento NICMOS del telescopio espacial Hubble mostraron que menos del uno por ciento de la masa del halo está compuesta por enanas rojas. [4] [5] Esto corresponde a una fracción insignificante de la masa del halo de materia oscura. Por lo tanto, el problema de la masa faltante no se resuelve con los MACHO.
A veces se puede considerar que los MACHO incluyen agujeros negros . Los agujeros negros aislados sin ninguna materia a su alrededor son verdaderamente negros en el sentido de que no emiten luz y cualquier luz que brille sobre ellos es absorbida y no reflejada. A veces se puede detectar un agujero negro 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 son expulsados del agujero negro porque no puede ser absorbido lo suficientemente rápido. Sin embargo, un agujero negro aislado no tendría un disco de acreción y solo sería detectable por lente gravitacional. Los cosmólogos dudan de que los agujeros negros de colapso no directo constituyan la mayoría de la materia oscura porque los agujeros negros están en puntos aislados de la galaxia. El mayor contribuyente a la masa faltante debe estar distribuido por toda la galaxia para equilibrar la gravedad. Una minoría de físicos, incluidos Chapline y Laughlin , creen 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 irregular 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 su lugar forman un material parecido al de un núcleo atómico llamado materia neutrónica . Después de un tiempo suficiente, estas estrellas podrían irradiar suficiente energía para enfriarse lo suficiente como para que fueran demasiado débiles para verlas. Del mismo modo, las viejas enanas blancas también pueden enfriarse y morir, y finalmente convertirse en enanas negras , aunque no se cree que el universo sea lo suficientemente viejo como para que alguna estrella haya llegado a esta etapa.
Las enanas marrones también han sido propuestas como candidatas a MACHO. A las enanas marrones a veces se las llama "estrellas fallidas" ya que no tienen suficiente masa para que comience la fusión nuclear una vez que su gravedad las hace colapsar. Las enanas marrones tienen una masa de entre trece y setenta y cinco veces la de Júpiter. La contracción del material que forma la enana marrón las calienta de modo que solo brillan débilmente en longitudes de onda infrarrojas, lo que las hace difíciles de detectar. Un estudio de los efectos de lente gravitacional en la dirección de la Pequeña Nube de Magallanes y la Gran Nube de Magallanes no detectó la cantidad y el tipo de eventos de lente gravitacional esperados si las enanas marrones constituyeran una fracción significativa de la materia oscura. [6]
El trabajo teórico también mostró simultáneamente que no es probable que los antiguos MACHO expliquen 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 podría haber producido suficientes bariones y aún así ser consistente con las abundancias elementales observadas, [8] incluida la abundancia de deuterio . [9] Además, observaciones separadas de oscilaciones acústicas bariónicas , tanto en el fondo cósmico de microondas como en la estructura a gran escala de las galaxias, establecen límites en la relación de bariones con la cantidad total de materia. Estas observaciones muestran que es necesaria una gran fracción de materia no bariónica independientemente de la presencia o ausencia de MACHO; [10] sin embargo, los candidatos MACHO como los agujeros negros primordiales podrían estar formados de materia no bariónica (de épocas prebariónicas del Big Bang temprano). [11]