Crean el mapa más preciso de la materia oscura

Con la técnica de lente de gravedad débil, astrónomos japoneses han reconstruido la distribución de materia oscura en primer plano.

Mediante imágenes obtenidas por el instrumento Hyper Suprime-Cam en el Telescopio Subaru de Japón, expertos de un equipo liderado por el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ) y la Universidad de Tokio han elaborado un mapa de la materia oscura más extenso y nítido que todos los que se habían hecho hasta ahora. La distribución de la materia oscura en el universo se estima mediante la técnica de lentes gravitacionales débiles. Los astrónomos localizaron las posiciones y las señales de lente de los halos de materia oscura y encontraron indicios de que el número de halos podría no coincidir con lo que sugiere el modelo cosmológico más simple. Esto podría confirmar que la expansión del Universo se está acelerando.

En los años 30, Edwin Hubble descubrió que el universo está en expansión, lo que constituyó una sorpresa para la mayoría de los astrónomos, que pensaban que se había mantenido igual y estable durante toda la eternidad. Pero hacía falta encontrar una fórmula que relacionara la materia y la geometría del espacio-tiempo para expresar matemáticamente esa expansión del Universo. Casualmente, Einstein ya había desarrollado esa fórmula. La cosmología moderna se basa en la teoría de la gravedad de Einstein.


Se pensó que la expansión se desacelera con el tiempo porque los elementos contenidos en el universo se atraen entre sí. Pero a fines de los años 90, se descubrió que la expansión se ha acelerado desde hace unos 8.000 millones de años. Esta fue otra sorpresa que les valió a los astrónomos que encontraron la expansión un Premio Nobel en 2011. Para explicar la aceleración, hay que considerar que debe existir algo en el universo que repele el espacio. La solución más simple es volver a poner la constante cosmológica en la ecuación de Einstein.

La constante cosmológica fue originalmente introducida por el físico alemán para explicar un universo estático, pero fue desechada después de que se descubriera la expansión. El modelo cosmológico estándar (llamado LCDM) incorpora la constante cosmológica. LCDM es compatible con muchas observaciones, pero seguimos sin saber qué es lo que causa la aceleración. Este es uno de los mayores interrogantes de la cosmología moderna. Ahora, el equipo de astrofísicos japoneses está analizando imágenes a gran escala utilizando Hyper Suprime-Cam (HSC) para investigar el misterio del universo acelerado. La clave es examinar la historia de la expansión del Universo. En el cosmos primitivo, la materia se distribuía de forma casi igual pero no del todo.

Hubo ligeras fluctuaciones en la densidad que ahora se pueden observar a través de las variaciones de temperatura del fondo cósmico de microondas. Estas ligeras fluctuaciones de materia evolucionaron durante el tiempo cósmico debido a la atracción gravitacional mutua de la materia, y finalmente la estructura a gran escala del universo actual se hizo visible. Se sabe que la velocidad de crecimiento de la estructura depende en gran medida de cómo se expande el universo. Por ejemplo, si la tasa de expansión es alta, es difícil que la materia se contraiga. Esto significa que la expansión puede probarse inversamente mediante la observación de la tasa de crecimiento. Pero la tasa de crecimiento no puede calcularse bien si solo observamos la materia visible (estrellas y galaxias). Esto se debe a que ahora sabemos que casi el 80 % de la materia es una sustancia invisible llamada materia oscura.

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Los astrofísicos japoneses emplearon la técnica de lente de gravedad débil. Las imágenes de galaxias distantes están ligeramente distorsionadas por el campo gravitacional generado por la distribución de materia oscura en primer plano. El análisis de la distorsión sistemática permite reconstruir la distribución de materia oscura en primer plano. Esta técnica es complicada para llevar a cabo las observaciones del cosmos, porque la distorsión de cada galaxia es generalmente muy sutil. Se requieren medidas precisas de galaxias débiles y aparentemente pequeñas. Esto motivó al equipo a desarrollar Hyper Suprime-Cam Hyper Suprime-Cam desde marzo de 2014.

Actualmente se ha completado el 60% del trabajo. Hasta ahora han presentado el mapa de materia oscura basado en los datos de imágenes tomados en abril de 2016, que supone el 11% de lo que será el mapa final previsto. Pero de momento nunca ha habido un mapa de materia oscura tan nítido que cubra un área tan amplia. Las observaciones de imágenes se realizan a través de cinco filtros de color diferentes. Combinando estos datos de color, es posible realizar una estimación cruda de las distancias a las galaxias de fondo débil (llamado desplazamiento al rojo fotométrico). Al mismo tiempo, la eficacia de la lente es mayor cuando se ubica directamente entre la galaxia distante y el observador. Usando la información fotométrica del desplazamiento al rojo, las galaxias se agrupan en contenedores de desplazamiento al rojo. Utilizando esta muestra de galaxias agrupadas, la distribución de la materia oscura se reconstruye utilizando métodos tomográficos y, por lo tanto, se puede obtener la distribución 3-D ( en la imagen de arriba).

Los datos de 30 grados cuadrados se utilizan para reconstruir el rango de desplazamiento al rojo entre 0,1 (alrededor de 1,3 G años luz) y 1,0 (sobre 8 G años luz). En el corrimiento al rojo de 1.0, el ángulo abarcado corresponde a 1.0 G x 0.25 G años luz. Este mapa extenso de materia oscura 3-D también es bastante nuevo. Es la primera vez que el aumento en el número de halos de materia oscura a lo largo del tiempo se puede apreciar de forma observacional. Estos resultados se publicaron en Publications of the Astronomical Society of Japan.

CRÉDITO: NAOJ

Luis Otero

Luis Otero

Periodista y Diplomado en Derecho por la Universidad Complutense de Madrid, he trabajado en otras revistas del grupo GyJ –Mía, Estar Viva, Dunia, Geo–, en el programa de televisión La Vía Navarro (en Vía Digital) y en Muy Interesante desde 2001. Me puedes escribir a lotero@zinetmedia.es

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