Objeto de halo masivo y compacto

Un Objeto Masivo Compacto de Halo ( MACHO ) 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 vaga por el espacio interestelar sin estar asociado a ningún sistema planetario (y puede o no estar compuesto de materia bariónica normal ). Dado que los MACHO no son luminosos, son difíciles de detectar. Entre los candidatos a MACHO se incluyen agujeros negros o estrellas de neutrones , así como enanas marrones y planetas no asociados . También se han propuesto enanas blancas y enanas rojas muy débiles como posibles MACHO. El término fue acuñado por el astrofísico Kim Griest. ^{[ 1 ]}

Un MACHO puede detectarse cuando pasa por delante o casi por delante de una estrella y la gravedad del MACHO curva la luz, haciendo que la estrella parezca más brillante en un ejemplo de lente gravitacional conocido como microlente gravitacional . Varios grupos han buscado MACHOs buscando la amplificación de la luz por microlente. Estos grupos han descartado que la materia oscura se explique por MACHOs con masa en el rangode 1 × 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 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 pueden buscarse con el Telescopio Espacial Hubble y con estudios de movimiento propio . Estas búsquedas han descartado la posibilidad de que estos objetos constituyan una fracción significativa de la materia oscura en 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 mayor 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, el problema de la masa faltante no se resuelve con MACHOs de enanas rojas o blancas. ^{[ 6 ]}

A veces se puede considerar que los MACHO incluyen agujeros negros . Los agujeros negros aislados sin materia a su alrededor son verdaderamente negros, ya que no emiten luz y cualquier luz que se ilumine sobre ellos es absorbida y no reflejada. Un agujero negro a veces se puede detectar por el halo de gas y polvo brillante que se forma a su alrededor como un disco de acreción que es atraído por la gravedad del agujero negro. Dicho disco puede generar chorros de gas que son expulsados ​​lejos 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 que los agujeros negros de colapso no directo constituyan la mayor parte 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 erróneo y debe ser reemplazado por un nuevo modelo, la estrella de energía oscura ; En el caso general del nuevo modelo propuesto, la distribución cosmológica de la energía oscura sería ligeramente irregular y las estrellas de energía oscura de tipo primordial podrían ser candidatas posibles para los MACHO.

Las estrellas de neutrones , a diferencia de los agujeros negros, no son lo suficientemente masivas como para colapsar por completo, sino que forman un material similar al núcleo atómico llamado materia de neutrones . Tras un tiempo suficiente, estas estrellas podrían irradiar la energía necesaria para enfriarse lo suficiente como para volverse demasiado tenues para ser visibles. Del mismo modo, las viejas enanas blancas también podrían enfriarse y morir, convirtiéndose finalmente en enanas negras , aunque se cree que el universo no es lo suficientemente antiguo como para que ninguna estrella haya alcanzado esta etapa.

Las enanas marrones también se han propuesto como candidatas a MACHO. A las enanas marrones a veces se las llama "estrellas fallidas" porque no tienen suficiente masa para que comience la fusión nuclear una vez que su gravedad provoca su colapso. Las enanas marrones tienen entre trece y setenta y cinco veces la masa de Júpiter. La contracción del material que las forma las calienta, por lo que solo brillan débilmente en longitudes de onda infrarrojas, lo que dificulta su detección. 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 ni el tipo de eventos de lente esperados si las enanas marrones constituyeran una fracción significativa de la materia oscura. ^{[ 7 ]}

El trabajo teórico también ha demostrado que es poco probable que los MACHO antiguos expliquen las grandes cantidades de materia oscura que ahora se cree que están presentes en el universo. ^{[ 8 ]} El Big Bang, tal como se entiende actualmente, no podría haber producido suficientes bariones y aún así ser consistente con las abundancias elementales observadas, ^{[ 9 ]} incluyendo la abundancia de deuterio . ^{[ 10 ]} Además, observaciones separadas de 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 con respecto 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; ^{[ 11 ]} sin embargo, los candidatos a MACHO, como los agujeros negros primordiales, podrían estar formados por materia no bariónica (de épocas prebariónicas del Big Bang temprano). ^{[ 12 ]}

• Partículas masivas de interacción débil (WIMP), una teoría alternativa de la materia oscura.
• Asociaciones robustas de objetos bariónicos masivos (RAMBO)
• Proyecto MACHO , una búsqueda observacional de MACHOs