Abell 383, mapeando la materia oscura.

Obtención de una imagen completa de un tema evasivo.

Imagen en rayos X y luz óptica de Abell 383

Dos equipos de astrónomos han utilizado datos del Observatorio Chandra de rayos X de la NASA y otros telescopios para mapear la distribución de materia oscura en un grupo de galaxias conocido como Abell 383, que se encuentra a unos 2.300 millones de años luz de la Tierra. No sólo fueron los investigadores capaces de encontrar donde la materia oscura se encuentra en las dos dimensiones a través del cielo, también fueron capaces de determinar cómo la materia oscura se distribuye a lo largo de la línea de visión. Abell 383 es un racimo de galaxias situado a 2.300 millones de años luz.

HST.

La materia oscura es un material invisible que no emite ni absorbe ningún tipo de luz, pero es detectable a través de sus efectos gravitatorios. Varias líneas de evidencia indican que hay alrededor de seis veces más materia oscura que la materia "normal", o bariónica, en el Universo. Comprender la naturaleza de esta misteriosa materia es uno de los problemas sobresalientes de la astrofísica.

Los racimos de galaxias son las estructuras gravitacionales más grandes del universo, y desempeñan un papel importante en la investigación sobre la materia oscura y la cosmología, el estudio de la estructura y evolución del universo. El uso de racimos como materia oscura y sondas cosmológicas depende de la capacidad de los científicos para utilizar objetos tales como Abell 383 para determinar con precisión las estructuras tridimensionales y las masas de racimos.

El trabajo reciente sobre Abell 383 proporciona una de las imágenes 3-D más detalladas todavía tomadas de la materia oscura en un racimo de la galaxia. Ambos equipos han encontrado que la materia oscura se extiende como un gigantesco campo de fútbol americano, en lugar de ser esférica como una pelota de baloncesto, y que el punto del fútbol está alineado cerca de la línea de visión.

Chandra.

Los datos de rayos X (púrpura) de Chandra en la imagen compuesta muestran el gas caliente, que es con mucho el tipo dominante de materia normal en el racimo. Las galaxias se muestran con los datos ópticos del Telescopio Espacial Hubble (HST), el Very Large Telescope (VLT) y el Sloan Digital Sky Survey (SDSS), de color azul y blanco.

Ambos equipos combinaron las observaciones de rayos X de la "materia normal" en el grupo con información de lente gravitatoria determinada a partir de datos ópticos. Las lentes gravitacionales, un efecto predicho por Albert Einstein, hace que el material en el cúmulo de galaxias, tanto la materia normal como la oscura, doblen y distorsionen la luz óptica de las galaxias de fondo. La distorsión es severa en algunas partes de la imagen, produciendo una apariencia de arco para algunas de las galaxias. En otras partes de la imagen la distorsión es sutil y el análisis estadístico se utiliza para estudiar los efectos de distorsión y sondear la materia oscura.

Una cantidad considerable de esfuerzo se ha dedicado a estudiar el centro de los cúmulos de galaxias, donde la materia oscura tiene la mayor concentración y se pueden revelar pistas importantes sobre su comportamiento. Ambos de los estudios Abell 383 reportados aquí continúan ese esfuerzo.

Distintos trabajos distintas conclusiones.

El equipo de Andrea Morandi de la Universidad de Tel Aviv en Israel y Marceau Limousin de Université de Provence en Francia y la Universidad de Copenhague en Dinamarca concluyeron que el aumento de concentración de la materia oscura hacia el centro del cúmulo está de acuerdo con la mayoría de las simulaciones teóricas. Sus datos de lente procedían de imágenes HST, el Hubble.

Plataforma del VLT de ESO. Crédito: ESO.

El equipo liderado por Andrew Newman del Instituto Tecnológico de California y Tommaso Treu de la Universidad de California en Santa Bárbara usaron datos de lente del HST y el telescopio japonés Subaru, pero añadió observaciones de Keck para medir las velocidades de las estrellas en la galaxia. El centro del grupo, lo que permite una estimación directa de la cantidad de materia allí. Encontraron evidencia de que la cantidad de materia oscura no alcanzó su punto máximo hacia el centro como predice el modelo estándar de la materia oscura fría. Su artículo describe esto como el "caso más sólido todavía" hecho para tal discrepancia con la teoría.

Las conclusiones contrastantes alcanzadas por los dos equipos provienen muy probablemente de las diferencias en los conjuntos de datos y del modelo matemático detallado utilizado. Una diferencia importante es que debido a que el equipo de Newman et al. utilizó la información de la velocidad en la galaxia central, pudieron estimar la densidad de la materia oscura a distancias que se acercaron tan cerca como sólo 6.500 años luz del centro del racimo. Morandi y Limousin no utilizaron datos de velocidad y sus estimaciones de densidad no pudieron acercarse tan cerca al centro del racimo, alcanzando a 80.000 años luz.

Otra diferencia importante es que Morandi y Limousin utilizaron un modelo más detallado para el mapa 3-D de materia oscura en el grupo. Por ejemplo, fueron capaces de estimar la orientación de la materia oscura en el espacio y mostrar que es sobre todo de borde, aunque ligeramente inclinado con respecto a la línea de visión.

Como ocurre a menudo con los resultados de vanguardia y complejos, se necesitará más trabajo para resolver la discrepancia entre los dos equipos. En vista de la importancia de resolver el misterio de la materia oscura, indudablemente habrá mucha más investigación sobre Abell 383 y otros objetos como éste en los meses y años venideros.

SDSS.

Si se confirma la relativa falta de materia oscura en el centro de Abell 383, puede demostrar que es necesario mejorar nuestra comprensión de cómo se comporta la materia normal en el centro de los conglomerados de galaxias, o puede mostrar que las partículas de materia oscura pueden interactuar entre sí, contrariamente al modelo prevaleciente.

El artículo de Newman et al. fue publicado en el 20 de febrero de 2011 cuestión de la Astrophysical Journal Letter y el artículo de Morandi y Limousin  ha sido aceptado para su publicación en el Monthly Notices de la Royal Astronomical Society. Otros miembros del Newman et al. Richard Ellis de Caltech y David Sand de la Red Global de Telescopios Las Cumbres y UCSB.

Crédito:

Rayos X: NASA / CXC / Caltech / A.Newman et al / Tel Aviv / A.Morandi & M.Limousin; 

Óptica: NASA / STScI, ESO / VLT, SDSS

Publicado en Chandra el 14 de marzo de 2.012.