Objeto de halo compacto masivo

Un objeto de halo compacto astrofísico masivo (MACHO) es un tipo de cuerpo astronómico que podría explicar la aparente presencia de materia oscura en los halos de las 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 MACHO incluyen agujeros negros o estrellas de neutrones, así como enanas marrones y planetas no asociados. Las enanas blancas y las enanas rojas muy tenues también se han propuesto como MACHO candidatas. El término fue acuñado por el astrofísico Kim Griest.

Detección

Se puede detectar un MACHO cuando pasa por delante o casi por delante de 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 conocido como microlente gravitacional. Varios grupos han buscado MACHO buscando la amplificación de la luz por microlentes. Estos grupos han descartado que la materia oscura sea explicada por MACHO con masa en el rango 1×10⁻⁸ 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 alrededor de 0,5 masas solares, suficiente para constituir quizás el 20% de la materia oscura de la galaxia. 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 adecuados. 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 superior en un factor de 2. Las observaciones 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. 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 MACHO.

Tipos

A veces se puede considerar que los MACHO incluyen agujeros negros. Los agujeros negros aislados sin ningún tipo de materia a su alrededor son realmente negros en el sentido de que no emiten luz y cualquier luz que brille 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. Dicho disco puede generar chorros de gas que salen disparados del agujero negro porque no puede absorberse lo suficientemente rápido. 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 distribuirse 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 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 volverse lo suficientemente frías como para ser demasiado débiles para verlas. Del mismo modo, las viejas enanas blancas también pueden volverse frías y muertas, convirtiéndose finalmente en enanas negras, aunque no se cree que el universo tenga la edad suficiente para que ninguna estrella haya alcanzado esta etapa.

También se han propuesto enanas marrones como candidatas a MACHO. A las enanas marrones a veces se les llama "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 las calienta, por lo que solo 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 constituyeran una fracción significativa de la materia oscura.

Consideraciones teóricas

Simultáneamente, el trabajo teórico también mostró que los antiguos MACHO probablemente no explican las grandes cantidades de materia oscura que ahora se cree que están presentes en el universo. El Big Bang, tal como se entiende actualmente, podría no haber producido suficientes bariones y aún así ser consistente con las abundancias elementales observadas, incluida la abundancia de deuterio. Además, las 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 en la relación entre bariones y 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; sin embargo, los candidatos MACHO, como los agujeros negros primordiales, podrían estar formados por materia no bariónica (de épocas prebariónicas del Big Bang temprano).