Vista del Hubble del cúmulo de galaxias masivo MACS J0717.5 + 3745. Crédito:
NASA, ESA, Harald Ebeling (Universidad de Hawai en Manoa) y Jean-Paul Kneib (LAM)
A principios de este año, los astrónomos que usaron el telescopio espacial Hubble pudieron identificar un delgado filamento de materia oscura que parecía unir un par de galaxias distantes. Ahora, se ha encontrado otro filamento, y los científicos han podido producir una vista tridimensional del filamento, la primera vez que la materia oscura difícil de detectar se ha podido medir con tanto detalle. Sus resultados sugieren que el filamento tiene una alta masa y, según los investigadores, que si estas mediciones son representativas del resto del Universo, estas estructuras pueden contener más de la mitad de toda la masa del Universo.
Se cree que la materia oscura ha sido parte del Universo desde el principio, un resto del Big Bang que creó la columna vertebral de la estructura a gran escala del Universo.
"Los filamentos de la red cósmica están muy extendidos y son muy difusos, lo que los hace extremadamente difíciles de detectar, y mucho menos estudiar en 3D", dijo Mathilde Jauzac, del Laboratoire d'Astrophysique de Marseille en Francia y la Universidad de KwaZulu-Natal, en el sur África, autor principal del estudio.
El equipo combinó imágenes de alta resolución de la región alrededor del cúmulo de galaxias masivo MACS J0717.5 + 3745 (o MACS J0717 para abreviar), uno de los cúmulos de galaxias más masivos conocidos, y descubrió que el filamento se extiende a unos 60 millones de años luz de El racimo.
El equipo dijo que sus observaciones proporcionan la primera visión directa de la forma del andamio que le da al Universo su estructura. Utilizaron Hubble, el Telescopio Subaru de NAOJ y el Telescopio Canadá-Francia-Hawái, con datos espectroscópicos sobre las galaxias dentro del Observatorio WM Keck y el Observatorio Gemini. Analizar estas observaciones juntas brinda una visión completa de la forma del filamento a medida que se extiende desde el cúmulo de galaxias casi a lo largo de nuestra línea de visión.
El equipo detalló su "receta" para estudiar el vasto pero difuso filamento. .
Primer ingrediente: un objetivo prometedor. Las teorías de la evolución cósmica sugieren que los cúmulos de galaxias se forman donde los filamentos de la red cósmica se unen, y los filamentos canalizan lentamente la materia hacia los cúmulos. "De nuestro trabajo anterior en MACS J0717, sabíamos que este grupo está creciendo activamente y, por lo tanto, un objetivo principal para un estudio detallado de la red cósmica", explica el coautor Harald Ebeling (Universidad de Hawaii en Manoa, EE. UU.), Quien dirigió el equipo que descubrió MACS J0717 hace casi una década.
Segundo ingrediente: técnicas avanzadas de lentes gravitacionales. La famosa teoría de la relatividad general de Albert Einstein dice que el camino de la luz se dobla cuando pasa a través o cerca de objetos con una gran masa. Los filamentos de la red cósmica están compuestos principalmente de materia oscura [2] que no se puede ver directamente, pero su masa es suficiente para doblar la luz y distorsionar las imágenes de galaxias en el fondo, en un proceso llamado lente gravitacional. El equipo ha desarrollado nuevas herramientas para convertir las distorsiones de la imagen en un mapa masivo.
Tercer ingrediente: imágenes de alta resolución. La lente gravitacional es un fenómeno sutil, y su estudio necesita imágenes detalladas. Las observaciones de Hubble le permitieron al equipo estudiar la deformación precisa en las formas de numerosas galaxias con lentes. Esto a su vez revela dónde se encuentra el filamento oculto de materia oscura. "El desafío", explica el coautor Jean-Paul Kneib (LAM, Francia), "era encontrar un modelo de la forma del clúster que se adaptara a todas las características de lentes que observamos".
Finalmente: Mediciones de distancias y movimientos. Las observaciones del Hubble del cúmulo dan el mejor mapa bidimensional de un filamento, pero para ver su forma en 3D se requieren observaciones adicionales. Las imágenes en color [3], así como las velocidades de galaxias medidas con espectrómetros [4], utilizando datos de los telescopios Subaru, CFHT, WM Keck y Gemini North (todos en Mauna Kea, Hawai), permitieron al equipo localizar miles de galaxias. dentro del filamento y para detectar los movimientos de muchos de ellos.
Se construyó un modelo que combinaba información de posición y velocidad para todas estas galaxias y esto reveló la forma y orientación 3D de la estructura filamentaria. Como resultado, el equipo pudo medir las verdaderas propiedades de esta esquiva estructura filamentosa sin las incertidumbres y sesgos que se derivan de proyectar la estructura en dos dimensiones, como es común en tales análisis.
Los resultados obtenidos superan los límites de las predicciones realizadas por el trabajo teórico y las simulaciones numéricas de la red cósmica. Con una longitud de al menos 60 millones de años luz, el filamento MACS J0717 es extremo incluso en escalas astronómicas. Y si su contenido de masa medido por el equipo puede considerarse representativo de filamentos cerca de grupos gigantes, entonces estos enlaces difusos entre los nodos de la red cósmica pueden contener incluso más masa (en forma de materia oscura) de lo que los teóricos predijeron.
Más información en este video de ESA HubbleCast:
Fuente: ESA Hubble
