Las observaciones del Telescopio Espacial Hubble de la NASA / ESA y el Very Large Telescope VLT del Observatorio Europeo Austral en Chile han encontrado que algo puede faltar en las teorías de cómo se comporta la materia oscura. Este ingrediente faltante puede explicar por qué los investigadores han descubierto undiscrepancia inesperada entre las observaciones de las concentraciones de materia oscura en una muestra de cúmulos de galaxias masivas y las simulaciones teóricas por computadora de cómo debería distribuirse la materia oscura en los cúmulos. Los nuevos hallazgos indican que algunas concentraciones de materia oscura a pequeña escala producen efectos de lente que son 10 vecesmás fuerte de lo esperado.
La materia oscura es el pegamento invisible que mantiene las estrellas, el polvo y el gas juntos en una galaxia. Esta sustancia misteriosa constituye la mayor parte de la masa de una galaxia y forma la base de la estructura a gran escala de nuestro Universo. Porque la materia oscura no emite, absorben o reflejan la luz, su presencia solo se conoce a través de su atracción gravitacional sobre la materia visible en el espacio. Los astrónomos y físicos todavía están tratando de precisar qué es.
Los cúmulos de galaxias, las estructuras más masivas y recientemente ensambladas en el Universo, también son los depósitos más grandes de materia oscura. Los cúmulos están compuestos por galaxias miembros individuales que se mantienen unidas en gran parte por la gravedad de la materia oscura.
"Los cúmulos de galaxias son laboratorios ideales para estudiar si las simulaciones numéricas del Universo que están disponibles actualmente reproducen bien lo que podemos inferir a partir de lentes gravitacionales", dijo Massimo Meneghetti del Observatorio INAF de Astrofísica y Ciencias Espaciales de Bolonia enItalia, autor principal del estudio.
"Hemos realizado muchas pruebas de los datos de este estudio y estamos seguros de que esta discrepancia indica que falta algún ingrediente físico en las simulaciones o en nuestra comprensión de la naturaleza de la materia oscura", añadió Meneghetti.
"Hay una característica del Universo real que simplemente no estamos capturando en nuestros modelos teóricos actuales", agregó Priyamvada Natarajan de la Universidad de Yale en Connecticut, EE. UU., Uno de los teóricos principales del equipo. "Esto podría indicar una brecha ennuestra comprensión actual de la naturaleza de la materia oscura y sus propiedades, ya que estos datos exquisitos nos han permitido sondear la distribución detallada de la materia oscura en las escalas más pequeñas ".
La distribución de la materia oscura en grupos se mapea midiendo la curvatura de la luz el efecto de lente gravitacional que producen. La gravedad de la materia oscura concentrada en grupos aumenta y distorsiona la luz de los objetos distantes del fondo. Este efecto produce distorsionesen las formas de las galaxias de fondo que aparecen en las imágenes de los cúmulos. Las lentes gravitacionales a menudo también pueden producir múltiples imágenes de la misma galaxia distante.
Cuanto mayor sea la concentración de materia oscura en un cúmulo, más dramático será su efecto de desvío de la luz. La presencia de cúmulos de materia oscura a menor escala asociados con los cúmulos de galaxias individuales mejora el nivel de distorsiones.actúa como una lente a gran escala que tiene muchas lentes más pequeñas incrustadas en ella.
Las imágenes nítidas del Hubble fueron tomadas por la cámara de campo amplio 3 y la cámara avanzada para estudios del telescopio. Junto con los espectros del Very Large Telescope VLT del Observatorio Europeo Austral, el equipo produjo un mapa de materia oscura preciso y de alta fidelidad.Midiendo las distorsiones de las lentes, los astrónomos pudieron rastrear la cantidad y distribución de materia oscura.Los tres cúmulos de galaxias clave, MACS J1206.2-0847, MACS J0416.1-2403 y Abell S1063, fueron parte de dos estudios del Hubble: The FrontierFields y la encuesta Cluster Lensing And Supernova con los programas Hubble CLASH.
Para sorpresa del equipo, además de los arcos dramáticos y las características alargadas de las galaxias distantes producidas por las lentes gravitacionales de cada cúmulo, las imágenes del Hubble también revelaron un número inesperado de arcos de menor escala e imágenes distorsionadas anidadas cerca del núcleo de cada cúmulo, donde elLa mayoría de las galaxias masivas residen. Los investigadores creen que las lentes anidadas son producidas por la gravedad de densas concentraciones de materia dentro de las galaxias individuales del cúmulo. Las observaciones espectroscópicas de seguimiento midieron la velocidad de las estrellas que orbitan dentro de varias de las galaxias del cúmulo para precisar susmasas.
"Los datos del Hubble y el VLT proporcionaron una sinergia excelente", compartió el miembro del equipo Piero Rosati de la Università degli Studi di Ferrara en Italia, quien dirigió la campaña espectroscópica. "Pudimos asociar las galaxias con cada cúmulo y estimar sudistancias. "
"La velocidad de las estrellas nos dio una estimación de la masa de cada galaxia individual, incluida la cantidad de materia oscura", agregó el miembro del equipo Pietro Bergamini del Observatorio INAF de Astrofísica y Ciencias Espaciales en Bolonia, Italia.
Mediante la combinación de imágenes de Hubble y espectroscopía VLT, los astrónomos pudieron identificar docenas de galaxias de fondo con múltiples imágenes y lentes. Esto les permitió ensamblar un mapa bien calibrado y de alta resolución de la distribución de masa de la materia oscura en cada cúmulo..
El equipo comparó los mapas de materia oscura con muestras de cúmulos de galaxias simulados con masas similares, ubicadas aproximadamente a las mismas distancias. Los cúmulos en el modelo de computadora no mostraban el mismo nivel de concentración de materia oscura en las escalas más pequeñas- las escalas asociadas con los cúmulos de galaxias individuales.
"Los resultados de estos análisis demuestran aún más cómo las observaciones y las simulaciones numéricas van de la mano", dijo Elena Rasia, miembro del equipo del Observatorio Astronómico INAF de Trieste, Italia.
"Con simulaciones de alta resolución, podemos igualar la calidad de las observaciones analizadas en nuestro artículo, lo que permite comparaciones detalladas como nunca antes", añadió Stefano Borgani de la Università degli Studi di Trieste, Italia.
Los astrónomos, incluidos los de este equipo, esperan continuar investigando la materia oscura y sus misterios para finalmente precisar su naturaleza.
Los nuevos datos del Hubble sugieren que falta un ingrediente en las teorías actuales de la materia oscura
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