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La materia oscura, ese extraño objeto de deseo.

La tenue luz de las estrellas en las imágenes del Hubble revela la distribución de la materia oscura.
Imagen del cúmulo de galaxias Abell S1063 situado a unos 4000 millones de años luz de distancia de la Tierra. Sobrepuesto en la imagen pueden apreciarse los contornos de la distribución de la materia oscura (en violeta) y la distribución de la débil luz intracumular (en verde). Los contornos se distribuyen de forma similar. Crédito: Gabriel Pérez Díaz (SMM, IAC).

Los astrónomos que utilizan los datos del Telescopio Espacial Hubble de la NASA / ESA han empleado un método revolucionario para detectar la materia oscura en los cúmulos de galaxias. El método permite a los astrónomos "ver" la distribución de la materia oscura con mayor precisión que cualquier otro método utilizado hasta la fecha y posiblemente podría usarse para explorar la naturaleza última de la materia oscura. Los resultados fueron publicados en la revista Monthly Notices de la Royal Astronomical Society.

En las últimas décadas, los astrónomos han tratado de comprender la verdadera naturaleza de la misteriosa sustancia que constituye la mayor parte de la materia en el Universo (la materia oscura) y mapear su distribución en el Universo [1]. Ahora, dos astrónomos de Australia y España han utilizado datos del programa Frontier Fields del Telescopio Espacial Hubble de la NASA / ESA para estudiar con precisión la distribución de la materia oscura [2].

Abell S1063, un cúmulo de galaxias, fue observado por el Telescopio Espacial
Hubble de la NASA / ESA como parte del programa Frontier Fields. La enorme
masa del grupo, que contiene tanto material bariónico como oscuro, actúa como
un cristal de aumento cósmico y deforma los objetos detrás de él. En el pasado,
los astrónomos utilizaron este efecto de lente gravitacional para calcular la
distribución de la materia oscura en los cúmulos de galaxias. Sin embargo,
una forma más precisa y más rápida es estudiar la luz del intragrupo (visible en azul),
que sigue la distribución de la materia oscura.
Crédito: NASA, ESA y M. Montes (Universidad de Nueva Gales del Sur,
Sydney, Australia).
"Hemos encontrado una manera de" ver "la materia oscura", explica Mireia Montes (Universidad de Nueva Gales del Sur, Australia), autora principal del estudio. "Hemos encontrado que la luz muy tenue en los cúmulos de galaxias, la luz intrascendente, mapea cómo se distribuye la materia oscura".

La luz intra cumular es un subproducto de las interacciones entre galaxias. En el curso de estas interacciones, las estrellas individuales son despojadas de sus galaxias y flotan libremente dentro del cúmulo. Una vez libres de sus galaxias, terminan donde reside la mayoría de la masa del cúmulo, principalmente materia oscura.

"Estas estrellas tienen una distribución idéntica a la materia oscura, en la medida en que nuestra tecnología actual nos permite estudiar", explicó Montes. Tanto la materia oscura como estas estrellas aisladas, que forman la luz intrincada, actúan como componentes sin colisión. Estos siguen el potencial gravitatorio del propio cúmulo. El estudio demostró que la luz intra cumular está alineada con la materia oscura, trazando su distribución con mayor precisión que cualquier otro método que se base en los marcadores luminosos utilizados hasta ahora.

Este método también es más eficiente que el método más complejo de usar lentes gravitacionales. Mientras que el último requiere tanto una reconstrucción precisa de la lente como campañas espectroscópicas que consumen mucho tiempo, el método presentado por Montes solo utiliza imágenes profundas. Esto significa que se pueden estudiar más grupos con el nuevo método en la misma cantidad de tiempo de observación.

Esta imagen del Telescopio Espacial Hubble de la NASA / ESA muestra el
cúmulo de galaxias MACS J0416. Este es uno de los seis que está siendo
estudiado por el programa Hubble Frontier Fields, que juntos han producido
las imágenes más profundas de lentes gravitacionales jamás realizadas. Los
científicos utilizaron luz intracluster (visible en azul) para estudiar la distribución
de la materia oscura dentro del cúmulo. Crédito: NASA, ESA y M. Montes
(Universidad de Nueva Gales del Sur, Sydney, Australia).
Los resultados del estudio introducen la posibilidad de explorar la naturaleza última de la materia oscura. "Si la materia oscura es auto-interactiva, podríamos detectar esto como pequeñas desviaciones en la distribución de la materia oscura en comparación con este resplandor estelar muy débil", destaca Ignacio Trujillo (Instituto de Astrofísica de Canarias, España), coautor del estudio. Actualmente, todo lo que se sabe acerca de la materia oscura es que parece interactuar con la materia regular gravitacionalmente, pero no de otra manera. Descubrir que se auto interactúa colocaría restricciones significativas en su identidad.

Por ahora, Montes y Trujillo planean estudiar más de los seis grupos originales para ver si su método sigue siendo preciso. Otra prueba importante de su método será la observación y el análisis de grupos de galaxias adicionales por parte de otros equipos de investigación, para agregar al conjunto de datos y confirmar sus hallazgos.

El equipo también puede esperar la aplicación de las mismas técnicas utilizando futuros telescopios espaciales como el Telescopio Espacial James Webb de la NASA/ESA/CSA, que tendrá instrumentos aún más sensibles capaces de resolver la débil luz intracluster en el Universo distante.

"Hay posibilidades interesantes que deberíamos poder explorar en los próximos años al estudiar cientos de cúmulos de galaxias", concluye Ignacio Trujillo.

Notas.
Esta ilustración muestra el Telescopio Espacial Hubble de la NASA / ESA en su órbita
 alta a 600 kilómetros sobre la Tierra. Crédito: ESA.
[1] La materia oscura constituye aproximadamente el 85% de la materia en el Universo, y aproximadamente un cuarto de su densidad de energía total. La materia oscura no emite ningún tipo de radiación electromagnética, su presencia solo puede determinarse a través de los efectos gravitacionales.

[2] El programa Hubble Frontier Fields fue una iniciativa de imágenes profundas diseñada para utilizar los fuertes efectos de lentes gravitacionales en los cúmulos de galaxias para ver galaxias extremadamente distantes y así obtener información sobre el Universo primitivo y la evolución de las galaxias desde entonces. El programa observó seis cúmulos de galaxias durante 630 horas del tiempo del Hubble. Para recibir los nuevos resultados presentados aquí, los datos se utilizaron de una manera diferente, sin utilizar lentes gravitacionales.

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

El equipo internacional de astrónomos en este estudio está formado por Mireia Montes (Escuela de Física, Universidad de Nueva Gales del Sur, Sydney, Australia; Departamento de Astronomía, Universidad de Yale, New Haven, EE. UU.) E Ignacio Trujillo (Instituto de Astrofísica de Canarias, La Laguna, Tenerife, España; Departamento de Astrofísica, Universidad de La Laguna, Tenerife, España)

Crédito de la imagen: NASA, ESA, J. Lotz (STScI) y el equipo HST Frontier Fields (STScI), M. Montes & I. Trujillo

Enlaces de interés:
Contactos.
Mireia Montes
Universidad de Nueva Gales del Sur
Sydney, Australia
Correo electrónico: m.montes@unsw.edu.au

Ignacio Trujillo
Instituto de Astrofísica de Canarias
Tenerife, España
Celular: +34 922 605316

Mathias Jäger
ESA / Hubble, responsable de información pública
Garching, Alemania
Tel: +49 176 62397500
Correo electrónico: mjaeger@partner.eso.org

• Publicado en Hubble el 20 de dicembre del 2.018, enlace noticia.
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