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Observan por vez primera un filamento de materia oscura en 3D

Estas estructuras, formadas al inicio del universo, podrían contener más de la mitad de toda la masa del cosmos


Un equipo de astrónomos ha conseguido observar por vez primera un filamento de materia oscura en tres dimensiones, gracias a la combinación de imágenes de alta resolución y mediciones de las galaxias. El filamento observado se extiende a lo largo de 60 millones de años luz, a partir del cúmulo galáctico más masivo conocido. Los resultados obtenidos sugieren que mucho más de la mitad de toda la masa del universo podría estar oculta en este tipo de estructuras filamentosas. Por Marta Lorenzo.





Imagen del cúmulo galáctico MACS J0717 registrada por Hubble. Fuente: ESA.
Imagen del cúmulo galáctico MACS J0717 registrada por Hubble. Fuente: ESA.
Por primera vez, un equipo de astrónomos ha analizado en 3D un gigantesco filamento de materia oscura, utilizando para ello el telescopio espacial Hubble de la NASA y de la ESA.

Según publica la ESA en un comunicado, el filamento observado –un residuo de los primeros momentos del cosmos tras el Big Bang se extiende a lo largo de 60 millones de años luz, a partir del cúmulo galáctico más masivo conocido, y forma parte de la red cósmica que constituye la estructura a gran escala del universo.

Si la gran masa medida del filamento fuera representativa del resto del universo, estas estructuras podrían contener más de la mitad de toda la masa del cosmos, afirman los científicos.

Observación sin trampas

La teoría del Big Bang predice que las variaciones en la densidad de la materia en los primeros momentos de la formación del Universo propiciaron que la masa de materia cósmica se condesase en una red de filamentos entrelazados.

Esta idea ya había sido respaldada por simulaciones informáticas de la evolución del cosmos, que han sugerido que el universo está estructurado como una trama, con largos filamentos interconectados en las localizaciones de cúmulos de galaxias masivos.

Sin embargo, dichos filamentos, aunque vastos, están compuestos principalmente por materia oscura, que es increíblemente difícil de observar (esta materia no emite suficiente radiación electromagnética como para ser detectada con los medios técnicos actuales, por lo que su existencia ha sido deducida a partir de sus efectos gravitacionales).

La primera identificación convincente de una sección de uno de estos filamentos fue realizada este mismo año. Ahora, un equipo de astrónomos ha ido aún más lejos, al indagar en la estructura del filamento en 3D. La observación tridimensional elimina muchas de las trampas del estudio de estas estructuras en imágenes planas.

Cómo se hizo

Para conseguir una observación tridimensional del filamento, el equipo combinó imagines de alta resolución de la región que rodea el cúmulo de galaxias masivo MACS J0717 (tomadas con el Hubble y con el telescopio Subaru y el telescopio Canada-France-Hawaii) con datos espectroscópicos de las galaxias registrados por el Observatorio WM Keck y el Observatorio Gemini.

El análisis de la reunión de todas estas observaciones proporcionó una perspectiva completa de la forma del filamento, a medida que este se extiende hacia el exterior del cúmulo galáctico y a lo largo de nuestra línea de visión.

Varios elementos cruciales confluyeron en el desarrollo del método empleado por los astrónomos para estudiar este filamento vasto pero difuso.

El primero de ellos fue tener un objetivo prometedor. Las teorías sobre evolución cósmica habían sugerido que los cúmulos de galaxias se forman allí donde se encuentran los filamentos de la trama cósmica, porque estos van orientando lentamente a la materia hacia el interior de dichos cúmulos.

“A partir de trabajos previos sobre el MACS J0717, sabíamos que este cúmulo está creciendo activamente, y por tanto era un objetivo de primera para un estudio detallado de la red cósmica”, explica al respecto Harald Ebeling (de la Universidad de Hawaii en Manoa, Estados Unidos), co-autor de la investigación.

El segundo elemento esencial del estudio fueron las avanzadas técnicas de estudio de las lentes gravitacionales disponibles. Los filamentos de la red cósmica están compuestos principalmente de materia oscura, que no puede verse directamente pero cuya masa es suficiente como para flexionar la luz y distorsionar las imágenes de las galaxias, en un proceso conocido como “lente gravitacional”.

Los astrónomos han desarrollado nuevas herramientas para convertir estas distorsiones de las imágenes en mapas de la masa del universo.

El tercer elemento fundamental para la investigación fueron las imágenes de alta resolución. Las observaciones de Hubble han permitido a los astrónomos estudiar la deformación precisa en las formas de numerosas galaxias. Esto fue lo que reveló donde se localizaba el filamento de materia oscura escondido.

El último elemento crucial fueron las mediciones de distancias y movimientos obtenidas gracias a las observaciones de Hubble sobre el cúmulo. Con ellas se pudo generar el mejor mapa bidimensional del filamento. Observaciones adicionales permitieron desarrollar, además, la forma en 3D de este.

Gráfico elaborado apartir de observaciones de telescopio espacial Hubble. Muestra la recreación de la distribución de la Materia Oscura en una región del espacio.
Gráfico elaborado apartir de observaciones de telescopio espacial Hubble. Muestra la recreación de la distribución de la Materia Oscura en una región del espacio.
Interpretación de los resultados

Se concibió así un modelo que combinó información posicional y de velocidad de todas las galaxias, revelando la forma tridimensional y la orientación de la estructura filamentosa. Como resultado, el equipo fue capaz de medir las verdaderas propiedades de dicha trama, sin incertidumbres.

Los resultados obtenidos sobrepasan los límites de las predicciones realizadas en trabajos teóricos y con simulaciones numéricas sobre la red cósmica ya que, con una longitud de al menos 60 millones de años luz, el MACS J 0717 es inmenso, incluso a escalas astronómicas.

Además, si contiene la masa medida por los astrónomos y puede ser considerado como representativo de los filamentos cercanos a gigantescos cúmulos de galaxias, estos enlaces difusos entre los nodos de la red del universo podrían contener incluso más masa (en forma de materia oscura) de la predicha por los teóricos. De hecho, mucho más de la mitad de toda la masa del universo podría estar oculta en este tipo de estructuras, afirman los científicos.


Miércoles, 17 de Octubre 2012
Marta Lorenzo
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