La densidad de la materia oscura en los cúmulos galácticos

Dibujo20130616 Dark matter maps for a sample of fifty individual galaxy clusters - average galaxy cluster - dark matter theory

La medida de la densidad de la materia oscura en 50 cúmulos galácticos, utilizando la técnica de lentes gravitacionales débiles, ha permitido confirmar las predicciones del modelo de materia oscura fría (CDM por Cold Dark Matter), en concreto, del modelo de Navarro-Frenk-White. Un equipo internacional de astrónomos de Taiwán, Gran Bretaña y Japón han usado la Suprime-Cam del Telescopio Subaru, en el marco del proyecto LoCuSS (Local Cluster Substructure Survey), para medir la distribución de materia oscura en los 50 cúmulos galácticos más masivos. Cada uno tiene una distribución de galaxias muy dispar, pero se pueden combinar todos para dar lugar a un “cúmulo galáctico efectivo” cuya densidad de materia oscura sigue a la perfección la distribución gaussiana predicha por la teoría CDM; de hecho, este perfil predicho para la densidad de materia oscura en función de la distancia radial al centro de masas es diferente en cúmulos galácticos y galaxias. La nueva medida confirma esta diferencia. El artículo técnico es Nobuhiro Okabe et al., “LoCuSS: The Mass Density Profile of Massive Galaxy Clusters at z=0.2,” The Astrophysical Journal Letters 769: L35, Jun 2013 [arXiv:1302.2728]; el modelo teórico es de Julio F. Navarro, Carlos S. Frenk, Simon D.M. White, “A Universal Density Profile from Hierarchical Clustering,” Astrophys. J. 490: 493-508, 1997 [arXiv:astro-ph/9611107]. Más información divulgativa en “Cosmic Giants Shed New Light on Dark Matter,” Subaru Telescope, Jun 12, 2013.

Dibujo20130616 outline of graviational lensing analysis

La técnica de lentes gravitacionales débiles se basa en seleccionar un gran número de galaxias de alto corrimiento al rojo que se encuentren en el fondo de la imagen del cúmulo. La imagen de estas galaxias está deformada por la presencia del cúmulo y el análisis del campo de distorsión permite reconstruir la densidad de materia oscura.

Dibujo20130616 projected mass distribution reconstructed from weak-lensing catalog Ajustar la densidad de materia oscura obtenida para un sólo cúmulo galáctico no es adecuado porque la forma de los cúmulos galácticos es muy diversa. Por ello, los autores del nuevo estudio han combinado las imágenes de la densidad de materia oscura para muchos cúmulos galácticos con objeto de obtener lo que sería la distribución teórica para un cúmulo “efectivo.”

Dibujo20130616 stacked tangential shear profile of all 50 clusters

El resultado experimental se ajusta muy bien a las predicciones del modelo teórico (universal) de Navarro-Frenk-White (NFW) basado en la materia oscura fría. En el futuro se espera afinar estas medidas gracias a la nueva cámara Hyper Suprime-Cam (HSC) que se instalado en el Telescopio Subaru de 8,2 metros.

Este espectacular vídeo merece la pena, incluso si no sabes ingés [hay versión en francés]. En sus 17 minutos nos muestra el universo cercano a la Vía Láctea, el llamado Universo Local que incluye unas 100.000 galaxias hasta una distancia de unos 300 millones de años luz (incluyendo el “gran atractor,” el “gran vacío” y el “gran muro”). Se ve perfectamente la estructura de la web cósmica y la enorme importancia que tiene la materia oscura para dar lugar a estas grandes estructuras del universo. Que no te asusten los 17 minutos de duración, el vídeo realmente merece la pena.

Dibujo20130616 extracted images from cosmography video

Anuncios

10 pensamientos en “La densidad de la materia oscura en los cúmulos galácticos

  1. En la entrada de Wikipedia sobre la CDM no hay mención del trabajo de Navarro et al., y tampoco lo hay en las referencias al final de la entrada de la Wiki respecto del modelo Lambda-CDM. Magnífico artículo, Francis, e impagable como siempre la oportunidad de las imágenes.

    • No están esas referencias porque el artículo de NFW no las merece.
      La explicación de esta entrada es deficiente: combinar las imágenes de la densidad de materia oscura para muchos cúmulos galácticos, ¿da una distribución cuyo resultado experimental se ajusta muy bien a las predicciones del modelo teórico (de NFW) basado en la materia oscura fría?. ¡Pero si NFW aplicaron su modelo a 8 cosmologías distintas!.

  2. Desconozco los criterios que usan los redactores de Wikipedia para insertar los artículos y las referencias a pie de página, es un mundo desconocido para mí, sólo constato que el paper de Navarro et al., no aparece. El artículo de Francis y las imágenes que inserta me parece magnífico con independencia del paper aludido. Vamos, que aprendo un montón con la entrada.

    • A mí me ha parecido un artículo que aporta referencias a la Wikipedia y por lo tanto lo he incluido. Y te animo a que si ves algo que debería estar lo añadas tú mismo. Saludos

  3. Adenda. Estoy leyendo unas notas autobiográficas de Einstein y es una gozada contrastar sus reflexiones con los resúmenes que hace Francis de los últimos hallazgos cosmológicos. No sólo es una gozada sino que resulta muy pedagógico para sacar conclusiones, al menos teóricas.

  4. bibliotrastornado, desconozco el entorno Wikipedia, el criterio para insertar artículos y referencias, si para añadir artículos hay que pasar filtros o acreditar titulación académica, etc. Así que mejor no me meto en berenjenales.

    aimsa64, la nota que pasas se refiere a la Wiki en inglés, pero yo me refiero al modelo de la materia oscura fría, en la entrada correspondiente a la versión española de la enciclopedia no veo que se mencione el paper.

    Saludos

  5. Francis: Quiero pedirte disculpas sobre mi pregunta del otro dia relativa a la materia oscura. La contestación obviamente está en esta noticia que nos diste. Me atrevo ahora a preguntarte: materia bariónica y materia oscura ambas gravitan. ¿Qué posibilidades le verías tú a la conjetura de que la materia bariónica “curva” el espacio (¿y el tiempo?) y sin embargo la materia oscura (que no interacciona con la radiación según creo) no interviene en la curvatura del espacio-tiempo?
    El siguiente componente “oscuro” es la energía oscura, y ésta no parece atraer ni a los bariones ni a la materia oscura….pero sí interacciona con ellos ya que los expansiona, y según parece aceleradamente (arrastra a las galaxias aceleradamente). Las observaciones indican que el universo es prácticamente plano: me cabe la conjetura de que sólo los bariones (que hay relativamente muy pocos) curvan (muy poco) al espacio-tiempo. ¿Cómo lo ves? Gracias

    • Tranquilo, Antonio, no he contestado antes porque he estado fuera de Málaga sin conexión a la web.

      “¿Qué posibilidades a la conjetura de que la materia oscura no interviene en la curvatura del espacio-tiempo?”

      Sabemos que la materia oscura gravita y que “aparenta” hacerlo igual que la materia bariónica (si lo hace de forma diferente, todo lo que sabemos sobre la materia oscura podría ser mentira). Hoy en día entendemos la gravedad como curvatura del espacio-tiempo, luego la conjetura de que la materia oscura actúa de otra forma (como en las ideas MOND y similares) no es descabellada pero no tiene pruebas a favor.

      De hecho, en las simulaciones cosmológicas por ordenador mediante hidrodinámica relativista se suele utilizar la hidrodinámica newtoniana, válida hasta segundo orden, porque los errores numéricos son mayores que las pequeñas correcciones relativistas a tercer orden.

      Por otro lado, el universo es plano incluyendo energía oscura y materia oscura, es decir, no es necesario recurrir sólo al 5% del mismo (materia bariónica) para explicar su curvatura nula. Por supuesto, las medidas de la curvatura son locales y no conocemos ni la geometría global ni la topología del universo en su conjunto. El telescopio espacial Planck puede aportar muy poco al respecto (escribiré pronto una entrada sobre dicho tema).

      Saludos
      Francis

  6. En un artículo publicado por Francis el pasado 15 de abril se menciona la detección de tres partículas candidatas a materia oscura con una masa de 8,6 GeV/c². Tengamos en cuenta que la existencia de la materia oscura es controvertida, supongo que no por ser materia sino por ser oscura.

    Respecto de la teoría MOND, acrónimo de Dinámica Newtoniana Modificada, que desarrolló el físico Mordehai Milgrom, se propone como teoría alternativa a la materia oscura cuando se consideran las extrañas propiedades de las galaxias elípticas. La premisa básica de la teoría es que a aceleraciones extremadamente pequeñas la segunda ley de Newton no se mantiene. En lugar de esto, la fórmula modificada de Newton desarrollada por Milgrom es tal que bajo ciertas circunstancias la fuerza gravitatoria en dos cuerpos decae más sutilmente que la ley del cuadrado inverso de la distancia entre ellos.

    Sin embargo, en una entrada de 2 de marzo de 2011, Francis se mostraba taxativo al respecto:

    “Lo que me gustaría aclarar es que el modelo cosmológico de consenso no incluye a MOND por razones muy firmes. La ciencia de consenso nunca es cuestión de gustos. MOND no explica el CMB y punto”.

    Coincido con Francis en el sentido de que la existencia de la materia oscura es plausible, pero mantengo mis dudas acerca del consenso, palabra que esconde ambigüedades y batallas de egos.

    https://francisthemulenews.wordpress.com/2011/03/02/por-que-la-teoria-mond-requiere-la-existencia-de-la-materia-oscura/

Los comentarios están cerrados.