Hubble descubre "galaxias tambaleándose"

Las observaciones pueden insinuar la naturaleza de la materia oscura.
Cúmulo de galaxias Abell S1063.

Utilizando el Telescopio Espacial Hubble de la NASA / ESA, los astrónomos han descubierto que las galaxias más brillantes dentro de los cúmulos de galaxias "se tambalean" en relación con el centro de masa del cúmulo. Este resultado inesperado es inconsistente con las predicciones hechas por el modelo estándar actual de materia oscura. Análisis adicionales puede proporcionar información sobre la naturaleza de la materia oscura, tal vez incluso indicando que la nueva física está en funcionamiento.

Imagen del Hubble del cúmulo de galaxias MACS J1206 [2].
La materia oscura constituye poco más del 25 por ciento de toda la materia en el Universo, pero no se puede observar directamente, por lo que es uno de los mayores misterios de la astronomía moderna. Los invisibles halos de escurridiza materia oscura encierran galaxias y cúmulos de galaxias por igual. Estos últimos son agrupaciones masivas de hasta mil galaxias inmersas en gas intergaláctico caliente. Dichos cúmulos tienen núcleos muy densos, cada uno con una galaxia masiva llamada "la galaxia más brillante" (BCG).

El modelo estándar de materia oscura (modelo de materia oscura fría) predice que una vez que un cúmulo de galaxias ha vuelto a un estado "relajado" después de experimentar la turbulencia de un evento de fusión, el BCG no se mueve desde el centro del cúmulo. Se mantiene en su lugar por la enorme influencia gravitacional de la materia oscura.

Pero ahora, un equipo de astrónomos suizos, franceses e ingleses han analizado diez cúmulos de galaxias observados con el Telescopio Espacial Hubble de la NASA / ESA, y descubrieron que sus BCG no están fijados en el centro como se esperaba [1].

Los datos de Hubble indican que están "tambaleándose" alrededor del centro de masa de cada cúmulo mucho después de que el cúmulo de galaxias haya vuelto a un estado relajado luego de una fusión. En otras palabras, el centro de las partes visibles de cada cúmulo de galaxias y el centro de la masa total del cúmulo, incluido su halo de materia oscura, se compensan, hasta en 40.000 años luz.

"Encontramos que los BCG se tambalean alrededor del centro de los halos", explica David Harvey, astrónomo de EPFL, Suiza, y autor principal del artículo. "Esto indica que, en lugar de una región densa en el centro del cúmulo de galaxias, como lo predice el modelo de materia oscura fría, hay una densidad central mucho más somera. Esta es una señal sorprendente de formas exóticas de materia oscura justo en el corazón de los cúmulos de galaxias ".

Imagen del Hubble del cúmulo de galaxias Abell 383 [3].


El tambaleo de los BCG solo podría analizarse ya que los cúmulos de galaxias estudiados también actúan como lentes gravitacionales. Son tan enormes que deforman el espacio-tiempo lo suficiente como para distorsionar la luz de objetos más distantes detrás de ellos. Este efecto, llamado lente gravitacional fuerte, se puede utilizar para hacer un mapa de la materia oscura asociada con el cúmulo, lo que permite a los astrónomos calcular la posición exacta del centro de masa y luego medir el desplazamiento del BCG desde este centro.

Si este "tambaleo" no es un fenómeno astrofísico desconocido y, de hecho, es el resultado del comportamiento de la materia oscura, entonces es inconsistente con el modelo estándar de materia oscura y solo puede explicarse si las partículas de materia oscura pueden interactuar entre sí, se trata de una fuerte contradicción con la comprensión actual de la materia oscura. Esto puede indicar que se necesita una nueva física fundamental para resolver el misterio de la materia oscura.

El coautor Frederic Courbin, también en EPFL, concluye: "Esperamos con entusiasmo sondeos más amplios, como el sondeo Euclid, que ampliarán nuestro conjunto de datos. Entonces podemos determinar si la oscilación de las BGC es el resultado de un nuevo fenómeno astrofísico o una nueva física fundamental. ¡Ambos serían emocionantes!

Notas
[1] El estudio se realizó utilizando datos de archivo de Hubble. Las observaciones se hicieron originalmente para las encuestas CLASH y LoCuSS.

Notas del autor:
[2]  MACS J1206.
Esta imagen del Telescopio Espacial Hubble de NASA / ESA muestra el cúmulo de galaxias MACS J1206. Los cúmulos de galaxias como éstos tienen una masa enorme y su gravedad es lo suficientemente poderosa para doblar visiblemente el camino de la luz, algo así como una lupa.

Imagen de Hubble del cúmulo de galaxias Abell 2261 [4].

Estos grupos son herramientas útiles para estudiar objetos muy distantes, porque este comportamiento similar a lentes amplifica la luz de galaxias lejanas en el fondo. También contribuyen a una variedad de temas en cosmología, ya que la naturaleza precisa de las imágenes con lente encapsula información sobre las propiedades del espacio-tiempo, la expansión del cosmos y la distribución de la materia oscura dentro del cúmulo.
Este es uno de los 25 conglomerados que se están estudiando como parte del programa CLASH (Encuesta de Ligas y Supernova con el Hubble), un proyecto importante para construir una biblioteca de datos científicos sobre clusters de lentes.

Crédito: NASA, ESA, M. Postman (STScI) y el equipo de CLASH

[3] Abell 383.
El cúmulo de galaxias gigantes en el centro de la imagen contiene tanta masa de materia oscura que su gravedad dobla la luz de objetos más distantes. Esto significa que para galaxias muy distantes en el fondo, el campo gravitatorio del grupo actúa como una especie de lupa, doblando y concentrando la luz del objeto distante hacia Hubble. Estas lentes gravitacionales son una herramienta que los astrónomos pueden usar para extender la visión del Hubble más allá de lo que normalmente sería capaz de observar. De esta manera, los astrónomos pueden estudiar algunas de las primeras galaxias en el Universo.

El efecto de lente también se puede utilizar para determinar la distribución de la materia, tanto ordinaria como oscura, dentro del clúster.

Crédito: NASA, ESA, J. Richard (CRAL) y J.-P. Kneib (LAM). Agradecimiento: Marc Postman (STScI)

[4] Abell 2261.
Imagen de Hubble del cúmulo de galaxias MACS J1720 [5].

El cúmulo de galaxias gigantes en el centro de la imagen contiene tanta masa de materia oscura que su gravedad dobla la luz de objetos más distantes. Esto significa que para galaxias muy distantes en el fondo, el campo gravitatorio del grupo actúa como una especie de lupa, doblando y concentrando la luz del objeto distante hacia Hubble. Estas lentes gravitacionales son una herramienta que los astrónomos pueden usar para extender la visión del Hubble más allá de lo que normalmente sería capaz de observar. De esta manera, los astrónomos pueden estudiar algunas de las primeras galaxias en el Universo.

El efecto de lente también se puede utilizar para determinar la distribución de la materia, tanto ordinaria como oscura, dentro del cúmulo.

Crédito: NASA, ESA, J. Richard (CRAL) y J.-P. Kneib (LAM). Agradecimiento: Marc Postman (STScI)

[5] MACS J1720.
El corazón de un vasto cúmulo de galaxias llamado MACSJ1720 + 35 se muestra en la imagen, tomada en luz visible e infrarrojo cercano por el Telescopio Espacial Hubble de la NASA / ESA.

El cúmulo de galaxias es tan masivo que su gravedad distorsiona, ilumina y magnifica la luz de objetos más distantes detrás de ella, un efecto llamado lente gravitacional. En la esquina superior derecha, se puede distinguir una estrella explosiva llamada Caracalla y ubicada detrás del cúmulo.

El Hubble.

La supernova es miembro de una clase especial de estrella explosiva llamada Tipo Ia, apreciada por los astrónomos porque proporciona un nivel constante de brillo máximo que la hace confiable para hacer estimaciones de distancia.

Encontrar una supernova de tipo Ia  con lente gravitacional proporciona a los astrónomos una oportunidad única para verificar la "prescripción" óptica del conjunto de lentes de primer plano. La supernova es una de las tres estrellas explosivas descubiertas en el sondeo de Cluster Lensing And Supernova con Hubble (CLASH), y fue seguida como parte de un programa Supernova Cosmology Project HST. CLASH es un censo de Hubble que investigó la distribución de la materia oscura en 25 cúmulos de galaxias. La materia oscura no se puede ver directamente, pero se cree que constituye la mayor parte de la materia del universo.

La imagen del cúmulo de galaxias fue tomada entre marzo y julio de 2012 por Wide Field Camera 3, Cámara de Campo profundo 3, de Hubble y Advanced Camera for Surveys, Cámara Avanzada para Sondeos.

Crédito: NASA, ESA, S. Perlmutter (UC Berkeley, LBNL), A. Koekemoer (STScI), M. Postman (STScI), A. Riess (STScI / JHU), J. Nordin (LBNL, UC Berkeley), D. Rubin (Estado de Florida) y C. McCully (Universidad de Rutgers)


Más información.
El Telescopio Espacial Hubble es un proyecto de cooperación internacional entre la ESA y la NASA.

Esta investigación fue presentada en un documento titulado "Una detección de las galaxias de racimo más bamboleantes dentro de los cúmulos de galaxias masivas" por Harvey et al., Que apareció en los Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society, artículo en línea.

El equipo internacional de astrónomos en este estudio consiste en David Harvey (Laboratoire d'Astrophysique EPFL, Suiza), F. Courbin (Laboratoire d'Astrophysique EPFL, Suiza), JP Kneib (Laboratoire d'Astrophysique EPFL, Suiza; CNRS, Francia) , e Ian G. McCarthy (Liverpool John Moores University, Reino Unido).

Crédito de la imagen: NASA, ESA, J. Lotz (STScI), M. Postman (STScI), J. Richard (CRAL) y J.-P. Kneib (LAM), T. Lauer (NOAO), S. Perlmutter (UC Berkeley, LBNL), A. Koekemoer (STScI), A. Riess (STScI / JHU), J. Nordin (LBNL, UC Berkeley), D. Rubin (estado de Florida), C. McCully (Universidad de Rutgers) y el equipo de CLASH

Publicado en Hubble el 26 de octubre del 2.017.

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