El extraño comportamiento de la materia oscura confunde a los astrónomos

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Artículo publicado por Andy Fell el 2 de marzo de 2012 en UC News

Los nuevos resultados del Telescopio Espacial Hubble de la NASA confirman que, al contrario de lo que dicen las predicciones, la materia oscura – la invisible sustancia que forma gran parte de nuestro universo – y las galaxias se separaron en la colisión de dos cúmulos de galaxias a 2400 millones de años luz. Ahora, queda a los astrónomo el intentar explicar el aparentemente extraño comportamiento de la materia oscura en la fusión del cúmulo de galaxias Abell 520.

“Este resultado es un misterio”, dice el astrónomo James Jee, científico del proyecto en el Departamento de Física de la Universidad de California en Davis, que lideró el estudio de Hubble. “La materia oscura no se comporta como se había predicho, y no está nada claro qué está pasando. Las teorías de la formación de galaxias y la materia oscura deben explicar lo que estamos viendo”.

Cúmulo Abell 520 © by NASA Goddard Photo and Video


Durante la colisión de los cúmulos de galaxias que formaron Abell 520, la materia oscura se acumuló en un “núcleo oscuro” que contenía muchas menos galaxias de lo que se esperaría si la materia oscura y las galaxias se uniesen entre sí. La mayor parte de las galaxias, aparentemente, se han separado en la colisión.

Las actuales teorías de la materia oscura predicen que las galaxias deberían anclarse a la sustancia invisible, incluso durante el impacto de una colisión. Las observaciones iniciales, realizadas en 2007, eran tan inusuales que los astrónomos las descartaron como el resultado de tener pocos datos.

Un artículo que informa de los resultados del equipo ha sido aceptado para su publicación en la revista Astrophysical Journal y está disponible en línea.

Sobre la materia oscura

La materia oscura se cree que es el “pegamento” gravitatorio que mantiene unidas a las galaxias. La misteriosa e invisible sustancia no está hecha del mismo tipo de material que forma las estrellas, planetas y las personas. Los astrónomos saben poco sobre la materia oscura, aunque cuente con la mayor parte de la masa del universo. Han deducido la existencia de la materia oscura observando su fantasmal influencia gravitatoria sobre la materia común.

Una forma de estudiar la materia oscura es analizar los impactos entre los cúmulos de galaxias, las mayores estructuras del universo. Cuando colisionan cúmulos de galaxias, los astrónomos esperan que éstas acompañen a la materia oscura. Las nubes de gas intergaláctico, sin embargo, impactan unas contras otras, frenando y retrasándose tras el impacto.

Esta teoría estaba apoyada por las observaciones en luz visible y rayos-X de una colosal colisión entre dos cúmulos de galaxias, conocido como el Cúmulo Bala, y de otros cúmulos en colisión, incluyendo uno conocido como “El cúmulo de Perry” que se describió recientemente en el trabajo de otro equipo liderado por astrónomos de la UC en Davis.

Extraño comportamiento en el cúmulo de galaxias

Pero los estudios de Abell 520 han demostrado que el comportamiento de la materia oscura puede que no sea tan simple. Las observaciones originales encontraron que el núcleo del sistema era rico en materia oscura y gas caliente, pero no contenía galaxias luminosas, que normalmente se verían en la misma posición que la materia oscura. El Observatorio de rayos-X Chandra de la NASA detectó el gas caliente. Los astrónomos usaron los telescopios de Canadá-Francia-Hawái y Subaru, en la cima de Mauna Kea, para deducir la posición de la materia oscura midiendo cómo la misteriosa sustancia curvaba la luz de las galaxias de fondo más alejadas, un efecto conocido como lente gravitatoria.

Los astrónomos usaron entonces la Cámara Planetaria de Gran Angular 2 (Wide Field Planetary Camera 2) de Hubble para ayudarlos con su problema cósmico. En lugar de esto, para su disgusto, las observaciones de Hubble ayudaron a confirmar sus primeros hallazgos. Los astrónomos usaron el Hubble para cartografiar la materia oscura del cúmulo a través de la técnica de la lente gravitatoria.

“Las observaciones como las de Abell 520 son una cura de humildad en el sentido de que, a pesar de todos los saltos en nuestro conocimiento, una y otra vez nos paran en seco”, explica Arif Babul de la Universidad de Victoria en British Columbia, teórico sénior del equipo.

¿Es Abell 520 una rareza o es hay errores en la descripción predominante de la materia oscura? Jee cree que aún es demasiado pronto para decirlo.

“Conocemos unos seis ejemplos de colisiones de cúmulos de galaxias a alta velocidad donde se ha cartografiado la materia oscura”, dice Jee. “Pero el Cúmulo Bala y Abell 520 son los dos que muestran la prueba más clara de fusiones recientes, y son inconsistentes entre sí. No hay ninguna teoría que explique los distintos comportamientos de la materia oscura en esas dos colisiones. Necesitamos más ejemplos”.

Posibles explicaciones

El equipo ha propuesto media docena de explicaciones para los hallazgos, pero cada una es inquietante para los astrónomos. “Es elegir un veneno u otro”, dice el miembro del equipo Andisheh Mahdavi de la Universidad Estatal de San Francisco en California, que lideró las observaciones originales de Abell 520 en 2007. Una posible explicación para la discrepancia es que Abell 520 sea una interacción más compleja que el encuentro del Cúmulo Bala. Abell 520 puede haberse formado a partir de una colisión entre tres cúmulos de galaxias, en lugar de simplemente la colisión de dos sistemas, como en el caso del Cúmulo Bala.

Otro escenario es que parte de la materia oscura puede ser lo que los astrónomos llaman “pegajosa”. Como dos bolas de nieve que impactan entre sí, la materia normal se fija durante la colisión y frena. Pero se cree que las zonas de materia oscura pasan unas a través de otras durante un encuentro, sin frenarse. Este escenario propone que parte de la materia oscura interactúa con ella misma y permanece detrás cuando colisionan los cúmulos de galaxias.

Una tercera posibilidad es que el núcleo contuviese muchas galaxias, pero fueran demasiado tenues para verlas, incluso con Hubble. Estas galaxias habrían formado muchas menos estrellas que otras galaxias normales.

Armado con los datos de Hubble, el grupo espera crear una simulación por ordenador para intentar reconstruir la colisión, esperando que arroje algunas respuestas sobre el extraño comportamiento de la materia oscura.


Autor: Andy Fell
Fecha Original: 2 de marzo de 2012
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