Hay un ingrediente que falta en las actuales teorías de la materia oscura

Las observaciones del Telescopio Espacial Hubble de la NASA/ESA y del Very Large Telescope (VLT) del Observatorio Europeo Austral en Chile han encontrado que podr√≠a faltar algo en las teor√≠as de c√≥mo se comporta la materia oscura. Este ingrediente faltante podr√≠a explicar por qu√© los investigadores han descubierto una discrepancia inesperada entre las observaciones de las concentraciones de materia oscura en una muestra de c√ļmulos de galaxias masivas y las simulaciones te√≥ricas por computadora de c√≥mo deber√≠a distribuirse la materia oscura en los c√ļmulos. Los nuevos resultados indican que algunas concentraciones de materia oscura a peque√Īa escala producen efectos de lente de aumento que son 10 veces m√°s fuertes de lo esperado.

La materia oscura es el pegamento invisible que mantiene a las estrellas, el polvo y el gas juntos en una galaxia. Esta misteriosa sustancia constituye el grueso de la masa de una galaxia y forma la base de la estructura a gran escala de nuestro Universo. Debido a que la materia oscura no emite, absorbe o refleja 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 lo que es.

Los c√ļmulos de galaxias, las estructuras m√°s masivas y recientemente ensambladas en el Universo, son tambi√©n los mayores dep√≥sitos de materia oscura. Los c√ļmulos est√°n compuestos por galaxias individuales que se mantienen unidas en gran parte por la gravedad de la materia oscura.

“Los c√ļmulos de galaxias son laboratorios ideales para estudiar si las simulaciones num√©ricas del Universo que est√°n disponibles actualmente reproducen bien lo que podemos inferir de una lente gravitacional”, dijo Massimo Meneghetti del INAF-Observatorio de Astrof√≠sica y Ciencia Espacial de Bolonia en Italia, autor principal del estudio.

“Hemos hecho muchas pruebas con los datos de este estudio, y estamos seguros de que este desajuste indica que falta alg√ļn ingrediente f√≠sico en las simulaciones o en nuestra comprensi√≥n de la naturaleza de la materia oscura”, a√Īadi√≥ Meneghetti.

“Hay una caracter√≠stica del Universo real que simplemente no estamos captando en nuestros modelos te√≥ricos actuales”, a√Īadi√≥ Priyamvada Natarajan de la Universidad de Yale en Connecticut, EE.UU., uno de los te√≥ricos principales del equipo. “Esto podr√≠a se√Īalar una brecha en nuestra comprensi√≥n actual de la naturaleza de la materia oscura y sus propiedades, ya que estos exquisitos datos nos han permitido sondear la distribuci√≥n detallada de la materia oscura en las escalas m√°s peque√Īas”.

La distribuci√≥n de la materia oscura en los c√ļmulos se mapea midiendo la curvatura de la luz – el efecto de lente gravitacional – que producen. La gravedad de la materia oscura concentrada en los c√ļmulos magnifica y distorsiona la luz de los objetos de fondo distantes. Este efecto produce distorsiones en las formas de las galaxias de fondo que aparecen en las im√°genes de los c√ļmulos. La lente gravitacional a menudo tambi√©n puede producir m√ļltiples im√°genes de la misma galaxia distante.

Cuanto m√°s alta es la concentraci√≥n de materia oscura en un c√ļmulo, m√°s dram√°tico es su efecto de desv√≠o de la luz. La presencia de c√ļmulos de materia oscura a menor escala asociados con galaxias de c√ļmulos individuales aumenta el nivel de distorsiones. En cierto sentido, el c√ļmulo de galaxias act√ļa como una lente a gran escala que tiene muchas lentes m√°s peque√Īas incrustadas en su interior.

Las n√≠tidas im√°genes del Hubble fueron tomadas por sus c√°maras Wide Field Camera 3 y Advanced Camera for Surveys. Junto con los espectros del Very Large Telescope (VLT) del Observatorio Europeo Austral, el equipo produjo un preciso mapa de alta fidelidad de la materia oscura. Midiendo las distorsiones de las lentes, los astr√≥nomos pudieron rastrear la cantidad y distribuci√≥n de la materia oscura. Los tres c√ļmulos de galaxias clave, MACS J1206.2-0847, MACS J0416.1-2403 y Abell S1063, formaron parte de dos estudios del Hubble.

Para sorpresa del equipo, adem√°s de los dram√°ticos arcos y rasgos alargados de galaxias distantes producidos por la lente gravitacional de cada c√ļmulo, las im√°genes del Hubble tambi√©n revelaron un n√ļmero inesperado de arcos de menor escala e im√°genes distorsionadas anidadas cerca del n√ļcleo de cada c√ļmulo, donde residen las galaxias m√°s masivas. Los investigadores creen que las lentes anidadas son producidas por la gravedad de densas concentraciones de materia dentro de cada c√ļmulo de galaxias. Las observaciones espectrosc√≥picas de seguimiento midieron la velocidad de las estrellas que orbitan dentro de varias de las galaxias del c√ļmulo para determinar sus masas.

“Los datos del Hubble y el VLT proporcionaron una excelente sinergia”, comparti√≥ el miembro del equipo Piero Rosati de la Universit√† degli Studi di Ferrara en Italia, que dirigi√≥ la campa√Īa espectrosc√≥pica. “Pudimos asociar las galaxias con cada c√ļmulo y estimar sus distancias”.

“La velocidad de las estrellas nos dio una estimaci√≥n de la masa de cada galaxia individual, incluyendo la cantidad de materia oscura”, a√Īadi√≥ el miembro del equipo Pietro Bergamini del INAF-Observatorio de Astrof√≠sica y Ciencia Espacial en Bolonia, Italia.

Combinando las im√°genes del Hubble y la espectroscopia del VLT, los astr√≥nomos fueron capaces de identificar docenas de galaxias de fondo con im√°genes m√ļltiples. Esto les permiti√≥ ensamblar un mapa bien calibrado de alta resoluci√≥n de la distribuci√≥n de masa de la materia oscura en cada c√ļmulo.

El equipo compar√≥ los mapas de materia oscura con muestras de c√ļmulos de galaxias simuladas con masas similares, ubicadas aproximadamente a las mismas distancias. Los c√ļmulos en el modelo computarizado no mostraron ninguno del mismo nivel de concentraci√≥n de materia oscura en las escalas m√°s peque√Īas, las escalas asociadas con las galaxias individuales del c√ļmulo.

“Los resultados de estos an√°lisis demuestran adem√°s c√≥mo las observaciones y las simulaciones num√©ricas van de la mano”, dijo el miembro del equipo Elena Rasia del INAF-Observatorio Astron√≥mico de Trieste, Italia.

Los astrónomos, incluyendo los de este equipo, esperan continuar investigando la materia oscura y sus misterios para finalmente precisar su naturaleza. (Fuente: NCYT Amazings)