El Sofista

La lente gravitacional del cúmulo galáctico MACS 1206

Si alguna vez tienen que ocultar una galaxia, no se les ocurra ponerla detrás de un cúmulo: la gravedad del cúmulo de galaxias se comportaría como una gigantesca lente óptica, proyectando imágenes muy deformadas de la galaxia distante alrededor de los bordes de la lente (clic en la imagen para ampliarla a 900 x 750 píxeles o verla aún más grande).

Esto es exactamente lo que pasó en la imagen mostrada arriba, procedente del estudio CLASH, un proyecto llevado a cabo con el Telescopio Espacial Hubble, y publicada recientemente.

El cúmulo MACS J1206.2-0847, compuesto por numerosas galaxias, hace de lente sobre la imagen de una galaxia amarilla-rojiza situada en el fondo cósmico y genera el gran arco visible a la derecha de la imagen. Un examen meticuloso de la imagen revelará como mínimo la presencia de otras galaxias de fondo afectadas por la lente, muchas de las cuales aparecen como largos filamentos.

El cúmulo en primer plano sólo puede crear tales arcos gravitacionales si la parte fundamental de su masa está constituida por materia oscura uniformemente distribuida y, en consecuencia, no concentrada en las galaxias visibles del cúmulo (*).

Además, el análisis de las posiciones de los mencionados arcos gravitacionales les permite a los astrónomos no sólo estimar la distribución de la materia oscura en las acumulaciones galácticas, sino también inferir cuando comenzaron a formarse estos inmensos conglomerados de galaxias.

La lente gravitacional del cúmulo galáctico Abell 370. ¿Qué son esos extraños objetos azules? La mayor parte son imágenes de un único objeto, una galaxia poco común, alargada, azulada y con forma de anillo que de casualidad se encuentra alineada detrás de un enorme cúmulo de galaxias. El cúmulo de galaxias se ve en amarillo y, junto con la materia oscura del cúmulo, actúan como una lente gravitacional. Una lente gravitacional puede crear varias imágenes de las galaxias de fondo, un efecto comparable a los diversos puntos de luz que se observan cuando alguien mira un farol distante a través de un vaso de vidrio. De la forma característica de la galaxia de fondo, probablemente en formación, los astrónomos dedujeron que las imágenes vistas a las 4, 8, 9 y 10 horas, desde el centro del cúmulo, son sus reflejos. Incluso es posible que la mancha azul cerca del centro del cúmulo galáctico sea otra imagen más de la misma galaxia de fondo (clic en la imagen para ampliarla). Leer la entrada completa.

Vía Foto astronómica del día correspondiente al 17 de octubre de 2011. Esta página ofrece todos los días una imagen o fotografía del universo, junto con una breve explicación escrita por un astrónomo profesional. Crédito de la imagen: NASA, ESA, M. Postman (STScI) y el CLASH Team.


(*) ¿Qué es la materia oscura?

Hasta ahora no se ha podido responder a esta pregunta, pero los investigadores tienen cada vez más claro qué no es la materia oscura. Observaciones detalladas del fondo cósmico de microondas realizadas con el satélite WMAP muestran que la materia oscura no puede ser materia normal o bariónica, es decir, los protones y neutrones que componen las estrellas, los planetas y la materia interestelar. Esta conclusión descarta el gas caliente, el gas frío, las enanas marrones, enanas rojas, enanas blancas, las estrellas de neutrones y los agujeros negros.

Los agujeros negros parecerían ser el candidato ideal para la materia oscura, ya que ciertamente son muy oscuros. Sin embargo, la materia estelar de los agujeros negros es el resultado del colapso de estrellas masivas que son mucho más escasas que las estrellas normales, dado que contienen a lo sumo un quinto de la masa de la materia oscura. Además, los procesos que podrían producir suficientes agujeros negros para explicar la materia oscura tendrían que emitir una cantidad significativa de energía y elementos pesados. Y no hay prueba alguna de tal emisión.

Los candidatos no-bariónicos pueden ser agrupados en tres grandes categorías: calientes, templados y fríos. La materia oscura caliente refiere a partículas tales como los tipos conocidos de neutrinos, que se desplazaban a velocidades cercanas a la velocidad de la luz cuando los grupos que habrían de formar las galaxias y los cúmulos de galaxias comenzaron a crecer por primera vez. La materia oscura fría hace referencia a las partículas que se movían lentamente cuando los grupos pre-galácticos comenzaron a formarse, y la materia oscura templada refiere a partículas con velocidades intermedias a las de la materia oscura caliente y fría.

Esta clasificación tiene consecuencias observacionales para el tamaño de los grupos que pueden colapsar en un universo en expansión. Las partículas de la materia oscura caliente se desplazan tan rápidamente que los grupos con la masa de una galaxia se dispersarían rápidamente. Unicamente podrían formarse nubes con la masa de miles de galaxias, es decir, del tamaño de cúmulos de galaxias. Las galaxias individuales se formarían más adelante como nubes del tamaño de cúmulos que luego se irían fragmentando en un proceso descendente.

La línea de tiempo cósmico. Se desconoce la naturaleza de la materia oscura. Una importante masa de pruebas indica que la materia oscura no puede ser materia bariónica, es decir, protones y neutrones. El modelo más aceptado es que la materia oscura está compuesta en su mayor parte por partículas exóticas formadas cuando el universo tenía una fracción de segundo. Tales partículas, que exigirían ampliar el modelo estándar de partículas elementales, podrían ser WIMPs (partículas masivas de interacción débil), axiones o neutrinos estériles (clic en la imagen para ampliarla). Crédito de la ilustración: NASA / CXC / M.Weiss.

En cambio, la materia oscura fría sólo puede formar grupos con la masa de una galaxia o menos. Primero se formarían las galaxias, mientras que los cúmulos se formarían a medida que las galaxias se fusionan en grupos, éstos en cúmulos, y así sucesivamente en un proceso ascendente.

Observaciones con el Telescopio Espacial Chandra muestran numerosos ejemplos de cúmulos formados por la fusión de grupos y sub-cúmulos de galaxias. Esta y otras pruebas que muestran que las galaxias son más antiguas que los grupos y los cúmulos de galaxias, brindan un fuerte apoyo a la hipótesis de la materia oscura fría.

Los candidatos más importantes para formar la materia oscura fría son las partículas conocidas como WIMPs, es decir, partículas masivas de interacción débil. El llamado modelo estándar de partículas elementales no predice las mencionadas partículas, pero algunas propuestas teóricas para unificar todas las partículas elementales sugieren que las partículas WIMPs pudieron haber sido producidas en grandes cantidades cuando el universo tenía una fracción de segundo (ver la ilustración mostrada más arriba).

Las predicciones indican que una típica partícula WIMP cuenta con por lo menos una masa 100 veces mayor a la de un átomo de hidrógeno. Posibles criaturas en el zoológico de partículas hipotéticas WIMPs son los neutralinos, los gravitinos y los axiones. Se han considerado otras posibilidades como neutrinos estériles y excitaciones de Kaluza-Klein, vinculadas con dimensiones adicionales del universo.
Más información (en inglés).


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escrito por el sofista @ lunes, octubre 17, 2011