Observaciones a través del Telescopio Espacial Hubble revelaron que los modelos teóricos sobre el comportamiento de la materia oscura podrían estar incompletos, ya que la distribución de este tipo de materia en los cúmulos de galaxias no coincide del todo con lo que se creía antes.
La materia oscura es el pegamento invisible que mantiene las estrellas, el polvo y el gas juntos en una galaxia. Esta misteriosa sustancia constituye la mayor parte de la masa de una galaxia y forma la base de la estructura a gran escala de nuestro Universo. Debido a que la materia oscura no emite, absorbe ni refleja la luz, su presencia solo se conoce a través de su atracción gravitacional sobre la materia visible en el espacio. Los astrónomos y físicos todavía están tratando de precisar qué es.
De acuerdo a la Administración Nacional de Aeronáutica y el Espacio ( NASA ) “la materia oscura no emite, absorbe ni refleja la luz”. Pero, ¿cómo es que podemos conocer que existe? Esto es posible, ya que su atracción gravitacional sobre la materia que sí es visible en el espacio, da indicios de su presencia.
Una de las sorpresas que se llevaron los investigadores fue cuando encontraron que el “lente gravitacional” que producen las concentraciones de materia, a pequeña escala, son 10 veces más fuertes de lo que se esperaba. Esto fue posible gracias a la ayuda del Telescopio Espacial Hubble de la NASA y el Very Large Telescope (VLT) del Observatorio Europeo Austral en Chile, mediante los cuales analizaron este fenómeno.
Los cúmulos de galaxias, explicaron los científicos, son las estructuras más masivas del universo, que están compuestas por galaxias individuales, donde se depositan las cantidades más grandes de materia oscura, la cual no sólo se almacena a gran escala sino que también se distribuye a menor tamaño.
Foto: ESA/Hubble, NASA, HST Frontier Fields
"Los cúmulos de galaxias son laboratorios ideales para comprender si las simulaciones por computadora del universo reproducen de manera confiable lo que podemos inferir sobre la materia oscura y su interacción con la materia luminosa", explico Massimo Meneghetti del Instituto Nacional de Astrofísica (INAF) y uno de los líderes del estudio.
La falta de pruebas físicas clave en las simulaciones podría ser la pieza faltante, ya que Meneghetti expuso que pese a que han realizado muchas pruebas cuidadosas al comparar las simulaciones y los datos dentro de la investigación, el hallazgo de la falta de coincidencia persiste.
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Por su parte, Priyamvada Natarajan, quien participó en la parte teórica del trabajo consideró que, "hay una característica del universo real que simplemente no estamos capturando en nuestros modelos teóricos actuales”.
“Esto podría indicar una brecha en nuestro comprensión de la naturaleza de la materia oscura y sus propiedades -ahondó el especialista- ya que estos exquisitos datos nos han permitido sondear la distribución detallada de la materia oscura en las escalas más pequeñas ", agregó la experta.
La distribución de la materia oscura en grupos se mapea midiendo la curvatura de la luz (el efecto de lente gravitacional) que producen. La gravedad de la materia oscura concentrada en cúmulos aumenta y deforma la luz de los objetos distantes del fondo. Este efecto produce distorsiones en las formas de las galaxias de fondo que aparecen en las imágenes de los cúmulos. La lente gravitacional a menudo también puede producir múltiples imágenes de la misma galaxia distante.
Foto: NASA, ESA, and J. Lotz (STScI)
Cuanto mayor sea la concentración de materia oscura en un cúmulo, más dramático será el efecto de desvío de la luz. La presencia de cúmulos de materia oscura a menor escala asociados con los cúmulos de galaxias individuales aumenta el nivel de distorsiones. En cierto sentido, el cúmulo de galaxias actúa como una lente a gran escala que tiene muchas lentes más pequeñas incrustadas en su interior.
Las imágenes nítidas del Hubble fueron tomadas por la cámara de campo amplio 3 y la cámara avanzada para encuestas del telescopio. Junto con los espectros del Very Large Telescope (VLT) del Observatorio Europeo Austral, el equipo produjo un mapa de materia oscura preciso y de alta fidelidad. Al medir las distorsiones de las lentes, los astrónomos pudieron rastrear la cantidad y distribución de materia oscura. Los tres cúmulos de galaxias clave, MACS J1206.2-0847, MACS J0416.1-2403 y Abell S1063, formaron parte de dos estudios de Hubble: los campos Frontier y los programas Cluster Lensing And Supernova con Hubble (CLASH).
Para sorpresa del equipo, además de los arcos dramáticos y las características alargadas de las galaxias distantes producidas por las lentes gravitacionales de cada cúmulo, las imágenes del Hubble también revelaron un número inesperado de arcos de menor escala e imágenes distorsionadas anidadas cerca del núcleo de cada cúmulo, donde las más masivas residen galaxias. Los investigadores creen que las lentes anidadas son producidas por la gravedad de densas concentraciones de materia dentro de los cúmulos de galaxias individuales. Las observaciones espectroscópicas de seguimiento midieron la velocidad de las estrellas que orbitan dentro de varias de las galaxias del cúmulo para determinar sus masas.
Mediante la combinación de imágenes de Hubble y espectroscopía VLT, los astrónomos pudieron identificar docenas de galaxias de fondo con lentes y múltiples imágenes. Esto les permitió ensamblar un mapa bien calibrado y de alta resolución de la distribución de masa de materia oscura en cada cúmulo.
El equipo comparó los mapas de materia oscura con muestras de cúmulos de galaxias simulados con masas similares, ubicadas aproximadamente a las mismas distancias. Los cúmulos en el modelo de computadora no mostraron el mismo nivel de concentración de materia oscura en las escalas más pequeñas, las escalas asociadas con los cúmulos de galaxias individuales.
fjb