Un Objeto Halo Compacto Masivo ( MACHO ) es un tipo 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 ). Como 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 . También se han propuesto como candidatos MACHO a enanas blancas y enanas rojas muy débiles . El término fue acuñado por el astrofísico Kim Griest. [1]
Se puede detectar un MACHO cuando pasa frente o casi frente a una estrella y la gravedad del MACHO desvía la luz, lo que hace que la estrella parezca más brillante en un ejemplo de lente gravitacional conocida como microlente gravitacional . Varios grupos han buscado MACHO mediante la amplificación de la luz mediante microlentes. 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 suficientes microlentes 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 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 pueden buscarse con el Telescopio Espacial Hubble y con estudios de movimiento adecuados . Estas búsquedas han descartado la posibilidad de que estos objetos constituyan una fracción significativa de la materia oscura de nuestra galaxia. Otro grupo, la colaboración EROS2, no confirma las afirmaciones de señal del grupo MACHO. No encontraron suficiente efecto de microlente con una sensibilidad superior en un factor de 2. [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 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.
A veces se puede considerar que los MACHO incluyen agujeros negros . Los agujeros negros aislados sin ninguna materia a su alrededor son verdaderamente negros porque no emiten luz y la luz que brilla sobre ellos es absorbida y no reflejada. A veces, un agujero negro puede detectarse por el halo de gas brillante y polvo que se forma a su alrededor como un disco de acreción 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 pueden absorberse con la suficiente rapidez. Un agujero negro aislado, sin embargo, no tendría disco de acreción y sólo sería detectable mediante lentes gravitacionales. Los cosmólogos dudan que constituyan la mayor parte de la materia oscura porque los agujeros negros se encuentran en puntos aislados de la galaxia. El mayor contribuyente a la masa faltante debe estar repartido 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 posibles candidatas a 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 bastante parecido al de un núcleo atómico llamado materia de neutrones . Después de un tiempo suficiente, estas estrellas podrían irradiar suficiente energía para enfriarse lo suficiente como para ser demasiado débiles para verlas. Del mismo modo, las viejas enanas blancas también pueden volverse frías y muertas, convirtiéndose eventualmente en enanas negras , aunque no se cree que el universo sea lo suficientemente viejo como para que ninguna estrella haya alcanzado esta etapa.
Las enanas marrones también han sido propuestas como candidatas 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 las hace colapsar. Las enanas marrones tienen entre trece y setenta y cinco veces la masa de Júpiter. La contracción del material que forma las enanas marrones las calienta, por lo que sólo brillan débilmente en longitudes de onda infrarrojas, lo que las 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 la cantidad y el tipo de eventos de lentes esperados si las enanas marrones constituían una fracción significativa de la materia oscura. [6]
Simultáneamente, el trabajo teórico también demostró que no es probable que los antiguos MACHO representen las grandes cantidades de materia oscura que ahora se cree que están presentes en el universo. [7] El Big Bang tal como se entiende actualmente no podría haber producido suficientes bariones y aún ser consistente con las abundancias elementales observadas, [8] incluida la abundancia de deuterio . [9] Además, observaciones separadas de las oscilaciones acústicas bariónicas , tanto en el fondo cósmico de microondas como en la estructura a gran escala de las galaxias, establecen límites a la proporción de bariones con respecto a 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 a partir de materia no bariónica (de épocas prebariónicas del Big Bang temprano). [11]