Se estudia por primera vez un filamento de materia oscura en 3D

Artículo publicado el 16 de octubre de 2012 en ESA

Un grupo de astrónomos, usando el telescopio espacial Hubble de NASA/ESA, ha estudiado un filamento gigante de materia oscura en 3D por primera vez. Extendiéndose a lo largo de 60 millones de años luz desde uno de los cúmulos de galaxias más masivo conocidos, el filamento es parte de la red cósmica que constituye la estructura a gran escala del universo, y es un resto de los primeros momentos tras el Big Bang. Si la alta masa medida para el filamento es representativa del resto del universo, entonces estas estructuras pueden contener más  de la mitad de la masa del universo.

Imagen de Hubble MACS J0717 © Crédito: ESA


La teoría del Big Bang predice que la variación de densidad de materia en los primeros momentos del universo llevó a que el grueso de materia en el cosmos se condensara en una red de filamentos entrelazados. Esta idea está apoyada por las simulaciones por ordenador de la evolución cósmica, que sugiere que el universo está estructurado como una red, con largos filamentos que conectan entre sí las posiciones de los cúmulos masivos de galaxias. Sin embargo, estos filamentos, aunque enormes, están hechos principalmente de materia oscura, que es increíblemente difícil de observar.

La primera identificación sólida de una sección de uno de estos filamentos se realizó a principios de año. Ahora, un equipo de astrónomos ha ido más lejos, estudiando una estructura de filamentos en tres dimensiones. Ver un filamento en 3D elimina muchos de los escollos que aparecen al estudiar la imagen plana de dicha estructura.

“Los filamentos de la red cósmica se extienden enormemente y son muy difusos, lo que hace que sean extremadamente difíciles de detectar, mucho menos estudiarlos en 3D”, dice Mathilde Jauzac (LAM, Francia y Universidad de KwaZulu-Natal, Sudáfrica), autora principal del estudio.

El equipo combinó imágenes de alta resolución de la región alrededor del cúmulo masivo de galaxias MACS J0717.5+3745 (o MACS J0717 para acortar), tomadas usando el Hubble, el telescopio Subaru de NAOJ y el Telescopio de Canadá-Francia-Hawái, con datos espectroscópicos de las galaxias en su interior tomadas por el Observatorio WM Keck y el Observatorio Géminis. Analizar conjuntamente estas observaciones ofrece una visión completa de la forma del filamento conforme se extiende desde el cúmulo de galaxias casi a lo largo de nuestra línea de visión.

La receta del equipo para estudiar el vasto pero difuso filamento combina varios ingredientes cruciales.

Primer ingrediente: Un objetivo prometedor. Las teorías de la evolución cósmica sugieren que los cúmulos de galaxias se forman donde se encuentran los filamentos de la red, y dichos filamentos canalizan lentamente la materia hacia los cúmulos. “En base a nuestro trabajo anterior con MACS J0717, sabemos que este cúmulo están creciendo de forma activa y, por tanto, es un objetivo principal para un estudio detallado de la red cósmica”, explica el coautor Harald Ebeling (Universidad de Hawái en Manoa, EEUU), que lideró el equipo que descubrió MACS J0717 hace casi una década.

Segundo ingrediente: Técnicas avanzadas de lentes gravitatorias. La famosa teoría general de la relatividad de Albert Einstein dice que el camino de la luz se curva cuando pasa a través, o cerca, de un objeto con una gran masa. Los filamentos de la red cósmica están compuestos en gran parte de materia oscura, la cual no puede observarse directamente, pero su masa es suficiente para curvar la luz y distorsionar las imágenes de las galaxias de fondo en un proceso conocido como lente gravitatoria. El equipo ha desarrollado nuevas herramientas para convertir las distorsiones de las imágenes en un mapa de masa.

Tercer ingrediente: Imágenes de alta resolución. Las lentes gravitatorias son un fenómeno sutil, y para estudiarlas se necesitan imágenes detalladas. Las observaciones de Hubble permitieron al equipo estudiar la deformación exacta de numerosas galaxias con lentes gravitatorias. Esto, a su vez, revela dónde se sitúan los filamentos ocultos de materia oscura. “El reto”, explica el coautor Jean-Paul Kneib (LAM, Francia), “era encontrar un modelo de la forma del cúmulo que encajase con todas las características de las lentes que habíamos observado”.

Por último: Las medidas de distancias y movimientos. Las observaciones de Hubble del cúmulo dan el mejor mapa bidimensional del filamento hasta el momento, pero para ver su forma en 3D se requería de observaciones adicionales. Las imágenes a color, así como las velocidades medidas para las galaxias mediante espectrómetros, usando datos de los telescopios Subaru, CFHT, WM Keck, y Géminis Norte (todos en Mauna Kea, Hawái), permitieron al equipo situar miles de galaxias dentro del filamento y detectar los movimientos de muchas de ellas.

Se construyó un modelo que combinase información posicional y de velocidad para todas esas galaxias y reveló la forma en 3D y la orientación de la estructura filamentosa. Como resultado, el equipo pudo medir las propiedades reales de esta esquiva estructura sin las incertidumbres y sesgos que aparecen en la proyección de la misma en dos dimensiones, como se suele hacer en tales análisis.

Los resultados obtenidos empujan los límites de las predicciones realizadas por el trabajo teórico y las simulaciones numéricas de la red cósmica. Con una extensión de al menos 60 millones de años luz, el filamento MACS J0717 es enorme incluso para las escalas astronómicas. Y si el contenido en masa medido por el equipo puede tomarse como muestra representativa de los filamentos cerca de los cúmulos gigantes, entonces estos difusos vínculos entre los nodos de la red cósmica pueden contener aún más masa (en forma de materia oscura) de lo que predicen los teóricos. Hasta más de la mitad de toda la masa del universo puede estar oculta en estas estructuras.

El próximo Telescopio Espacial James Webb de NASA/ESA/CSA, con fecha prevista para su lanzamiento en 2018, será una potente herramienta para detectar filamentos en la red cósmica, gracias a su mayor sensibilidad.


Fecha Original: 16 de octubre de 2012
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Comments (18)

  1. Información Bitacoras.com…

    Valora en Bitacoras.com: Artículo publicado el 16 de octubre de 2012 en ESA Un grupo de astrónomos, usando el telescopio espacial Hubble de NASA/ESA, ha estudiado un filamento gigante de materia oscura en 3D por primera vez. Extendiéndose a lo lar……

  2. [...] pm y archivada en Astronomía. Puedes seguir cualquier respuesta a esta entrada a través del feed RSS 2.0. Puedes dejar una respuesta, o trackback desde tu propio sitio web. [...]

  3. Este es un excelente estudio, ahì està la materia oscura, vista en 3D, lo que resta ahora es darle seguimiento al estudio y poder medir la cantidad de MO con la precisiòn requerida.

    • ¿Cómo saben que es materia oscura? Cientificamente hablando, no tienen manera de aseguar absolutamente nada. Lo mejor que podrían ahb er hecho es decir: Parece que…pudiera tratarse de “materia oscura”.

      En fin, allá cada cual con sus responsabilidades.

      • Zeek

        Eso pensé yo también!
        Pero sea lo que sea espero que nos permita saber mas sobre lo que es (o no es) la materia oscura

  4. Hace algún tiempo pudimos leer:

    “16 de abril 2009: El choque más concurrida de los cúmulos de galaxias se ha identificado al combinar información de tres telescopios diferentes. Este resultado da a los científicos la oportunidad de aprender lo que sucede cuando algunos de los objetos más grandes del Universo ir el uno al otro en un orden cósmico free-for-all. Utilizando datos de Chandra de la NASA Observatorio de rayos X, el Telescopio Espacial Hubble y el Observatorio Keck en Hawai, los astrónomos fueron capaces de determinar la geometría tridimensional y el movimiento en el sistema MACS J0717.5 3745 (o MACS J0717, para abreviar) , que se encuentra alrededor de 5,4 millones de años luz de la Tierra.”

    Ahora leemos:

    “En base a nuestro trabajo anterior con MACS J0717, sabemos que este cúmulo están creciendo de forma activa y, por tanto, es un objetivo principal para un estudio detallado de la red cósmica”

    Además:

    “Primer ingrediente: Un objetivo prometedor. Las teorías de la evolución cósmica sugieren que los cúmulos de galaxias se forman donde se encuentran los filamentos de la red, y dichos filamentos canalizan lentamente la materia hacia los cúmulos.”

    “Segundo ingrediente: Técnicas avanzadas de lentes gravitatorias. La famosa teoría general de la relatividad de Albert Einstein dice que el camino de la luz se curva cuando pasa a través, o cerca, de un objeto con una gran masa. Los filamentos de la red cósmica están compuestos en gran parte de materia oscura, la cual no puede observarse directamente, pero su masa es suficiente para curvar la luz y distorsionar las imágenes de las galaxias de fondo en un proceso conocido como lente gravitatoria.”

    “Tercer ingrediente: Imágenes de alta resolución. Las lentes gravitatorias son un fenómeno sutil, y para estudiarlas se necesitan imágenes detalladas. Las observaciones de Hubble permitieron al equipo estudiar la deformación exacta de numerosas galaxias con lentes gravitatorias. Esto, a su vez, revela dónde se sitúan los filamentos ocultos de materia oscura.”

    - Los Cúmilos de Galaxias se forman donde se encuentran los filamentos.
    - Los filamentos de la red cósmica están compuestos en gran parte de materia oscura.
    - Las lentes gravitatorias son un fenómeno sutil, y para estudiarlas se necesitan imágenes detalladas. Las observaciones de Hubble permitieron al equipo estudiar la deformación exacta de numerosas galaxias con lentes gravitatorias. Esto, a su vez, revela dónde se sitúan los filamentos ocultos de materia oscura.

    Siguen las aproximaciones y están ausentes las conformaciones. Nada se ha descubierto que sea nuevo y, hablar aquí de materia oscura…es arriesgado y me trae a la memoria aquellos neutrinos que corrían más que los fotones.

    Más de de filamentos, parecen que se refieren a Cuerdas Cósmicas, así paracen confirmarlo las mismas expresiones y comentarios que hacen los del equipo que, la sensación que nos producen es la de estar bastante confundidos y no han sabido muy bien qué es, en realidad, lo que han observado.

    • El tonto del pueblo

      Buen comentario sr Emilio

      • ¡Hola, amigo!

        Lo cierto es que resulta agradable dejar aquí, entre amigos virtuales, la impresión que te ha producido el trabajo de turno y, entre unos y otros, a veces podemos aportar algín fogonazo de luz sobre la oscuridad, que no pocas veces, subyacen en estos trabajos y proyectos científicos que discutimos.

        Pasamos un buen rato y, si de camino sabemos alguna cosa nueva…¡estupendo! Y, además, tenemos la oportunidad de enviarnos un cordial saludo.

        Buen fin de semana amigo.

  5. buse

    Me hace mucha gracia, no se ha demostrado que exista la materia oscura pero estan estudiando filamentos de materia oscura en 3D.

    Me voy a estudiar unicornios…

    • Bueno, no es de extrañar que todo eso pueda estar pasando. Basta recordar que allá por los finales del siglo XIX, los astrónomos confundían las galaxias con Nebulosas y gracias a las líneas espectrales de Franhofer se llegó al descubrimiento de que las galaxias estaban formadas por estrellas.

      Ahora, se producen fenómenos y acontecimientos en el Universo que no sabemos explicar y, una salida a medida de las necesidades ha sido el “descubrimiento” de la “materia oscura” que, de momento, soluciona el asunto y tranquiliza a los cosmólogos que no sabían explicar de otra manera lo que pasa.

      Sin embargo, al menos amí, me parece que ya está durando demasiado el tema de la dichosa “materia oscura” y, la impresión que me produce todo esto es, la de la mentira repetida una y mil veces hasta que, el mismo que la dice, llega a creerse que es verdad.

      ¡Una materia que no emite radiación alguna! Y, sin embargo, sí produce gravedad. Ambos conceptos, al menos amí, me parecen contradictorios, si tiene masa y produce gravedad, ¿por qué no emite radiaciones? Claro que podría tratarse de aquella sustancia cósmica primera, el Ylem de Gamov.

      Lo cierto es que, ¡¡No Sabemos!!

  6. El tonto del pueblo

    Por cierto: se deduce la existencia de materia oscura de la observación del tirón gravitacional que parece afectar a la velocidad de rotación de galaxias y cúmulos de galaxias así como por las lentes gravitacionales, sin embargo, según la TRG estos fenómenos no tienen porqué ser causados por masa alguna, simplemente pueden ser efectos de otro tipo de energía. A fin de cuenta lo que curva el espacio-tiempo causando la gravedad es la energía, de la cual la masa sólo es un tipo.

    • reneco

      Hasta donde tengo entendido lo único que curva el espacio-tiempo es la materia, la energía por si sola no tiene esa propiedad, aunque existe el equivalente energético de la materia, en sí materia y energía son conceptos distintos, por ejemplo los fotones no curvarían el espacio porque en ellos no hay materia, pero sí tienen energía

  7. Gerardo

    Pregunto yo, y esa materia oscura no puede ser materia en una brana paralela a la nuestra? cumple los dos requisitos:

    1) sentimos su presencia solo por su efecto gravitatorio,
    2) no podemos detectarla como materia de ninguna otra manera por que nos es fisicamente inaccesible

    Segun recuerdo en la teoria M se especula que la unica comunicación entre branas se puede dar por medio de la gravedad, que es lo unico que puede cruzar de una brana a otra

    Si, reconozco que la teoria M no es muy popular ultimamente, y que es especulación, pero cualquier otra explicación no probada es igual de especulativa

    Es posible que los objetos en nuestro universo tengan compañeros en el “otro lado”, debido a que la gravedad de uno ayuda a la formación del otro. Por ejemplo nuestro sol puede tener un sol o algo similar formado en la brana paralela, debido a que la gravedad del sol atravezando la brana ayuda en la formación de dicho objeto

    • reneco

      Creer en universos paralelos que no tenemos acceso queda al mismo nivel de creer que lo que pasa en nuestros sueños es una realidad, cuando despertamos y nos damos cuenta que todo lo que paso en los sueños es incoherente e inaccesible con lo que observamos, nos damos cuenta que la experiencia de soñar no es una realidad física. Las formulaciones teóricas solo tienen valides si hay observaciones y mediciones que las ratifican. Cuando se pueda hacer al menos una medida física sobre esas dimensiones extras de las que se hablan en la teoría de supercuerdas y sus derivadas ( Teoría-M ), tan solo entonces podremos estudiar la física desde esa perspectiva de manera seria

      • Gerardo

        Totalmente de acuerdo, espero que estes de acuerdo conmigo que los WIMPS son tambien fantasia. La pregunta sigue abierta

        • reneco

          El caso de los WIMPS es distinto porque su formulación teórica esta basada en la interacción nuclear débil y la gravedad, estando estas fuerzas dentro lo que es posible observar y medir, no como la teoría de supercuerdas que hacen referencias a dimensiones extras que están fuera de toda posible observación y medición, aunque no está demostrada la existencia de los WIMPS, esta sería posible demostrarla con observaciones de este tipo de interacciones (nuclear débil y gravedad)

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