Primera detección de un anillo de materia oscura en un cúmulo de galaxias

El anillo de materia oscura
17 mayo 2007

Un fantasmagórico anillo de materia oscura en un cúmulo de galaxias, detectado con el telescopio espacial Hubble, se ha convertido en una de las evidencias más sólidas disponibles hasta ahora de la existencia de materia oscura en el universo.

El hallazgo, que será publicado el 1 de Junio en la revista Astrophysical Journal, representa además el primer ejemplo en que la materia oscura se distribuye de forma sustancialmente distinta de la materia ordinaria.

El cúmulo ZwCl0024+1652 (llamado Cl 0024+17 en la publicación) está a 5.000 millones de años luz de la Tierra. El anillo, que mide 2.6 millones de años luz de lado a lado, fue hallado de forma inesperada, mientras el grupo de astrónomos estudiaba la distribución de materia oscura dentro del cúmulo.

Los astrónomos sospechan desde hace tiempo que la materia oscura es una fuente adicional de gravedad, que mantiene unidos a los cúmulos de galaxias. Si los cúmulos contaran sólo con la gravedad generada por la masa de las estrellas visibles, se disgregarían.

Aunque se desconoce la naturaleza de la materia oscura, se especula con que esté hecha de un tipo de partícula elemental que inunda el Universo.

Ring of dark matter around ZwCl0024+1652
Anillo de materia oscura entorno a ZwCl0024+1652

“Es la primera vez que detectamos materia oscura en una única estructura, diferente de la distribución del gas y de las galaxias del cúmulo”, ha dicho el astrónomo M. James Jee, de la Universidad Johns Hopkins, EEUU, y uno de los miembros del equipo que detectó el anillo de materia oscura.

"Aunque ya se ha encontrado materia oscura en otros cúmulos de galaxias, nunca hasta ahora se había detectado [constituyendo una estrcutura] tan separada del gas caliente y de las galaxias que integran el cúmulo”, prosigue Jee. Este descubrimiento “nos permite estudiar cómo de diferente es el comportamiento de la materia oscura con respecto a la materia ordinaria”.

El cúmulo de galaxias ZwCl 0024+17

Al estudiar la materia oscura los investigadores detectaron una ondulación en la misteriosa sustancia, algo así como las ondas que forma una piedra al caer en el agua de un estanque.

“Al principio me molestaba este anillo porque creía que era un artefacto en los datos, lo que hubiera implicado fallos en la reducción de datos”, ha explicado Jee. “Ni siquiera después de muchas iteraciones conseguía creerme los resultados. He observado muchos cúmulos y nunca antes había visto nada como esto”.

Gravitationaly lensed galaxies
Galaxias distorsionadas por una lente gravitgacional

Investigando por qué podría estar el anillo en el cúmulo, y cómo se habría formado, Jee halló un trabajo previo que sugería que el cúmulo había chocado con otro cúmulo hace entre mil y dos mil millones de años. Este resultado, publicado en 2002 por Oliver Czoske, del Argelander-Institut für Astronomie en la Universidad de Bonn (Alemania), se basaba en observaciones espectroscópicas de la estructura en 3D del cúmulo. El estudio reveló dos agrupaciones distintas de cúmulos de galaxias, lo que indica una colisión entre ambos.

Interacciones entre cúmulos de galaxias

Los astrónomos tienen una vista frontal del choque porque, accidentalmente, ocurrió en la línea de visión de la Tierra. Desde esta perspectiva la estructura de la materia oscura parece un anillo.

El equipo creó simulaciones por ordenador sobre lo que ocurre cuando chocan los cúmulos de galaxias: que la materia oscura cae al centro del nuevo cúmulo combinado y rebota fuera. A medida que la materia oscura se mueve hacia afuera empieza a ralentizarse por el tirón de la gravedad, y se acumula.

“Estudiando este choque estamos viendo cómo responde la materia oscura a la gravedad”, ha dicho Holland Ford, también de la Universidad Johns Hopkins y miembro del equipo. “La naturaleza está haciendo un experimento que nosotros no podemos hacer en el laboratorio, y está de acuerdo con nuestros modelos teóricos”.

El cúmulo de galaxias ZwCl0024+1652

La materia oscura constituye la mayor parte de la materia del Universo. La materia ordinaria, de la que están hechos las estrellas y planetas, da cuenta sólo de un pequeño porcentaje de la materia del Universo.

Detectar la materia oscura no es fácil, porque no brilla ni refleja luz. Su influencia puede detectarse por sus efectos gravitacionales sobre la luz. Por ello para localizar la materia oscura los astrónomos estudian cómo la luz de galaxias más distantes es distorsionada en arcos o filamentos por la gravedad de la materia oscura que está en primer plano del campo de visión. Es una técnica llamada lente gravitacional, y permite deducir la masa del cúmulo y la distribución de materia oscura.

“La colisión entre ambos cúmulos de galaxias creó una onda de materia oscura que dejó huellas claras en la forma de las galaxias en el fondo”, ha explicado Jee.

“Puede compararse a mirar los guijarros del fondo de un estanque con ondas en la superficie. La forma de los guijarros parece cambiar cuando las ondas pasan encima. De forma similar, las galaxias tras el anillo muestran cambios en su forma, debido a la presencia de ese denso anillo de materia oscura”.

Panning on the galaxy cluster
Vista de un cúmulo de galaxias

En otras observaciones de otro cúmulo, el ‘Bullet Cluster’, con el Hubble y el telescopio de rayos X Chandra, se analizó otro encuentro similar entre dos cúmulos, pero vistos de lado. En esa colisión la materia oscura estaba fuera del gas caliente del cúmulo, pero su distribución aún seguía la del cúmulo.

ZwCl0024+1652 es el primer cúmulo que muestra una distribución de materia oscura significativamente distinta tanto de la distribución de las galaxias como del gas en el cúmulo.

Nota a los editores:

El telescopio espacial Hubble es un proyecto de cooperación internacional entre NASA y ESA.

El artículo, por M.J. Jee, H. Ford y colegas será publicado en la edición del 1 de Junio de 2007 de Astrophysical Journal.

Para más información:

Lars Lindberg Christensen, Hubble/ESA, Garching, Germany
E-mail: lars @ eso.org

Ray Villard, Space Telescope Science Institute, Baltimore, USA
E-mail: Villard @ stsci.edu

Myungkook Jee, Johns Hopkins University
E-mail: mkjee @ pha.jhu.edu

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