El Sofista

El Gordo, un cúmulo galáctico masivo

El cúmulo de galaxias ACT-CL J0102-4915 es uno de los objetos conocidos de mayor tamaño y masa (clic en la imagen para ampliarla a 960 x 722 píxeles o verla aún más grande).

Apodado El Gordo, el cúmulo masivo se encuentra a siete mil millones de años-luz de distancia (z = 0,87), cubre un campo de aproximadamente siete millones de años-luz y posee la masa de un millón de millones de soles.

La imagen de El Gordo mostrada arriba es una composición de datos registrados en luz visible por el Telescopio Espacial Hubble y en rayos X por el Observatorio Espacial Chandra, que representa el gas caliente en color rosa.

Además, se añadió digitalmente y en color azul un mapa de la probable distribución de la materia oscura (*) en los alrededores de la agrupación. La mencionada distribución se infiere de los efectos de lente gravitacional (en la imagen de la derecha) observados en las galaxias de fondo.

Casi todos los puntos brillantes de la imagen corresponden a galaxias. La distribución de la materia oscura, es decir, las partes de la imagen representadas en color azul, indica que el cúmulo se halla en las etapas intermedias de una colisión entre dos grandes agrupaciones de galaxias.

Un examen cuidadoso de la imagen revelará una galaxia casi vertical y con una longitud fuera de lo común. En realidad, esta galaxia se encuentra muy alejada en el fondo y su imagen ha sido distorsionada (ver también la siguiente imagen) debido a un efecto de lente gravitacional producida por el cúmulo masivo.

La lente gravitacional del cúmulo galáctico Abell 370. Al fotografiar el cúmulo de galaxias Abell 370, los astrónomos notaron la presencia de un arco poco común a la derecha de algunas galaxias del cúmulo. Imágenes posteriores permitieron identificar ese arco como el primer ejemplo conocido de una nueva clase de fenómeno astrofísico: un efecto de lente gravitacional causado por todo un cúmulo galáctico y ejercido sobre la imagen de las galaxias de fondo. La gravedad de Abell 370 causó la dispersión de la luz de las galaxias del fondo —y de otros objetos— y le hizo seguir múltiples caminos para llegar hasta nosotros. El fenómeno se parece bastante a lo que puede verse cuando se mira una fuente de luz a través del fondo de un vaso de vidrio (clic en la imagen para ampliarla). Leer la entrada completa.

Vía Foto astronómica del día correspondiente al 22 de abril de 2014. 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, J. Jee (UC Davis) et al..

(*) ¿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 mostraron 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. Así, la 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 @ martes, abril 22, 2014