Cúmulos de galaxias revelan información sobre la materia oscura.

"Muñecas rusas".
Imágenes de rayos X e imágenes ópticas de Abell 1835, MS1455.0 + 2232, RXJ 1347.5-1145 y ZWCL 3146. Estos cuatro cúmulos de galaxias formaban parte de un amplio estudio de más de 300 conglomerados utilizados para investigar la energía oscura, la energía misteriosa que es actualmente impulsando la expansión acelerada del Universo. Estas imágenes muestran rayos X de Chandra y luz óptica de Hubble y Sloan Digital Sky Survey. Los investigadores utilizaron una técnica novedosa que aprovecha la observación de que los alcances exteriores de los cúmulos de galaxias, las estructuras más grandes del universo mantenidas juntas por la gravedad, muestran similitud en sus perfiles y tamaños de emisión de rayos X. Crédito: Rayos X: NASA / CXC / Univ. de Alabama / A. Morandi y otros; Óptico: SDSS, NASA / STScI

Los astrónomos han utilizado datos del Observatorio de rayos X Chandra de la NASA, Planck de la ESA y una gran lista de telescopios ópticos para desarrollar un nuevo y poderoso método para investigar la energía oscura, la misteriosa energía que actualmente impulsa la expansión acelerada del universo.

La técnica aprovecha la observación de que los confines exteriores de los cúmulos de galaxias, las estructuras más grandes del universo mantenidas juntas por la gravedad, muestran similitud en sus perfiles y tamaños de emisión de rayos X. Los cúmulos más masivos son simplemente versiones escaladas de los menos masivos.

"En este sentido, los cúmulos de galaxias son como muñecas rusas, y las más pequeñas tienen una forma similar a las más grandes", dijo Andrea Morandi de la Universidad de Alabama en Huntsville, quien dirigió el estudio. "Conocer esto nos permite compararlos y determinar con precisión sus distancias en miles de millones de años luz".

El satélite Planck de la ESA.
Crédito: ESA.
Al usar estos cúmulos de galaxias como marcadores de distancia, los astrónomos pueden medir qué tan rápido se expandió el Universo en diferentes momentos desde el Big Bang. De acuerdo con la teoría de la relatividad general de Einstein, la tasa de expansión está determinada por las propiedades de la energía oscura más la cantidad de materia en el Universo, donde la última está compuesta principalmente de material no visto llamado materia oscura.

Si los parámetros cosmológicos asumidos (por ejemplo, las propiedades de la energía oscura o la materia oscura) son incorrectos, los grupos distantes no parecerán ser similares, es decir, sus tamaños serán mayores o menores de lo esperado. Los parámetros cosmológicos se ajustan para que todos los diferentes grupos, con diferentes masas y diferentes distancias, parezcan ser similares. El proceso es similar a determinar el peso desconocido de un objeto agregando o restando pesos conocidos a una balanza hasta que los dos lados se equilibren.

El observatorio Chandra de la NASA.
Estos últimos resultados confirman estudios anteriores de que las propiedades de la energía oscura no han cambiado durante miles de millones de años. También apoyan la idea de que la energía oscura se explica mejor por la "constante cosmológica", que Einstein propuso por primera vez y es equivalente a la energía del espacio vacío.

"Aunque hemos analizado otras explicaciones", dijo el coautor Ming Sun, también de la Universidad de Alabama en Huntsville, "parece que la energía oscura se comporta como la constante cosmológica de Einstein".

Los investigadores estudiaron 320 cúmulos de galaxias con distancias desde la Tierra que oscilaron entre aproximadamente 760 millones de años luz y aproximadamente 8.700 millones de años luz. Esto abarca la era en que la energía oscura causó la aceleración del universo que una vez desaceleraba, un descubrimiento que sorprendió a muchos astrónomos cuando se creó hace casi dos décadas.

Para determinar resultados más precisos que con los datos de rayos X de Chandra solos, los investigadores combinaron estos datos con información sobre la tasa de expansión del universo a partir de observaciones ópticas de supernovas, y trabajaron de Planck en el fondo cósmico de microondas, la radiación sobrante del Big Bang.

"La naturaleza de la energía oscura es uno de los misterios más grandes en la física, por lo que es crucial inventar nuevas herramientas para estudiar sus propiedades, ya que los diferentes métodos pueden tener supuestos, fortalezas y debilidades muy diferentes", dijo Morandi. "Creemos que esta nueva técnica tiene la capacidad de dar un gran salto en nuestra comprensión de la energía oscura".

Un documento que describe estos resultados apareció en la edición del 11 de abril de 2016 de la publicación Monthly Notices of the Royal Astronomical Society y está disponible en línea. El Centro Marshall para Vuelos Espaciales de la NASA en Huntsville, Alabama, administra el programa Chandra para la Dirección de Misiones Científicas de la NASA en Washington. El Observatorio Astrofísico Smithsonian de Cambridge, Massachusetts, controla la ciencia y las operaciones de vuelo de Chandra.

Una imagen interactiva, un podcast y un video sobre los hallazgos están disponibles en:

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Contactos de medios:
Megan Watzke
Centro de rayos X Chandra, Cambridge, Massachusetts.
617-496-7998

Comunicado de prensa del 28 de abril del 2.016.