D. Lagattuta / W. M. Keck Observatory

Las galaxias como la Vía Láctea se cree que formaron durante miles de millones de años a través de la fusión de muchas galaxias más pequeñas. Como resultado, se espera que haya muchas pequeñas galaxias enanas esparcidos alrededor de la Vía Láctea. Sin embargo, muy pocas de estas diminutas galaxias reliquia han sido observadas, lo que ha llevado a los astrónomos a la conclusión que muchas de ellas deben tener muy pocas estrellas y pueden estar hechas  casi exclusivamente de materia oscura.

En un descubrimiento anunciado el 18 de enero de 2012, un equipo de investigadores que incluye un post-doctorado del Instituto Tecnológico de Massachussets, MIT, ha encontrado una galaxia enana oscura a alrededor de 10 mil millones de años luz de la Tierra. Es sólo la segunda de tales galaxias hasta ahora observadas fuera de nuestro Universo local, y es por mucho la más lejana.

La galaxia enana es un satélite, lo que significa que se aferra al borde de una galaxia más grande. ”Por varias razones, no logró formar muchas estrellas o ninguna y, por lo tanto, se quedó oscura”, dice Simona Vegetti, becaria Pappalardo del Departamento de Física del MIT y autora principal de un artículo científico sobre el trabajo que aparece en la edición en línea del 18  de enero de 2012  de la revista Nature.

Los científicos teorizan la existencia de materia oscura para explicar las observaciones que sugieren que hay mucha más masa en el Universo de la que se puede ver. Ellos creen que la materia oscura debe comprender un 25 por ciento de la masa del Universo, sin embargo, como las partículas que componen la materia oscura no absorben ni emiten luz, hasta ahora han demostrado que es imposible detectarlas e identificarlas.

Los modelos computarizados sugieren que la Vía Láctea debe tener alrededor de 10.000 galaxias satélite, pero sólo 30 han sido observadas. ”Podría ser que muchas de las galaxias satélite estén hechas de materia oscura, por lo que resultan esquivas para detectarlas, o puede haber un problema con la manera en que pensamos se forman las galaxias”, dice Vegetti.

En el nuevo estudio, Vegetti trabajó con su ex supervisor de doctorado, el profesor Leon Koopmans, de la Universidad de Groningen, Holanda, David Lagattuta y el profesor Christopher Fassnacht, de la Universidad de California en Davis; Mateo Auger, de la Universidad de California en Santa Bárbara y John McKean, del Instituto de Radioastronomía de Holanda.

El equipo se abocó a las galaxias más distantes en busca de satélites oscuros, utilizando un método llamado lente gravitacional. Para utilizar esta técnica, los investigadores encuentran dos galaxias alineadas unas con otras, vistas desde la Tierra. La galaxia más distante emite rayos de luz que son desviados por la galaxia más cercana (que actúa como una lente). Al analizar los patrones de rayos de luz desviada por la galaxia lente de primer plano, los investigadores pueden determinar si hay galaxias satélites agrupadas en torno a ella y medir cuán masivas son.

Los investigadores utilizaron el telescopio Keck, en Hawai, para hacer sus observaciones, tomando ventaja de una pieza especial de equipo óptico que ofrece las imágenes más nítidas del cielo. Ellos planean usar el mismo método para buscar más galaxias satélites en otras regiones del Universo, las cuales consideran que pueden ayudar a corroborar o a desafiar las predicciones de cómo se comporta la materia oscura.

“Ahora tenemos un satélite oscuro, pero supongamos que no encontramos suficientes de ellos, entonces, vamos a tener que cambiar las propiedades de la materia oscura”, dice Vegetti. ”O bien, podemos encontrar tantos satélites como vemos en las simulaciones y que nos diga que la materia oscura tiene las propiedades que pensamos que tiene”.

Por ejemplo, ya que la temperatura determina la masa y el número de satélites que se forman, puede ser necesario ajustar las estimaciones de la temperatura actual de la materia oscura si el número de satélites oscuros que se encuentra es menor al proyectado.

Más información en:

http://web.mit.edu/ & http://keckobservatory.org/

SDSS

Dos equipos de físicos del Fermilab, del Departamento de Energía de los Estados Unidos, y del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab), han realizado de forma independiente las mayores medidas directas del andamiaje invisible del Universo, construyendo mapas de materia oscura usando nuevos métodos que, a su vez, eliminarán obstáculos clave para la comprensión de la energía oscura con telescopios localizados en la superficie terrestre.

Las medidas de los equipos buscan distorsiones diminutas en las imágenes de galaxias distantes, llamadas distorsiones ” tensiones cósmicas”  (cosmic shear), provocadas por la influencia gravitatoria de estructuras en primer plano masivas e invisibles de materia oscura. Cartografiar con precisión estas estructuras de materia oscura y su evolución a lo largo del tiempo es, probablemente, la herramienta más sensible, de las pocas disponibles, para los físicos en su actual esfuerzo por comprender los misteriosos efectos de estiramiento del espacio por parte de la energía oscura.

Ambos equipos dependían de las extensas bases de datos de imágenes cósmicas recopiladas por el relevamiento digital del cielo Sloan Digital Sky Survey (SDSS), que se compilaron en gran parte con la ayuda de Berkeley Lab y Fermilab.

“Estos resultados nos animan a futuros relevamientos del cielo a gran escala. Las imágenes generadas llevaron a un cuadro en el que se ven muchas más galaxias en el Universo, incluso aquellas seis veces más tenues o más lejanas en el tiempo, de lo que puede verse en imágenes individuales”, dice Huan Lin, físico de Fermilab y miembro del SDSS y del relevamiento Dark Energy Survey (DES).

Melanie Simet, miembro de la colaboración SDSS de la Universidad de Chicago, esbozó las nuevas técnicas para mejorar los mapas de tensiones cósmicas y explicó cómo estas técnicas pueden extender el alcance de los experimentos internacionales de relevamiento del cielo durante una presentación en la Sociedad Astronómica Americana (AAS) en Austin, Texas. En su presentación demostró una forma única de analizar la distorsión de las galaxias por parte de la materia oscura para lograr una mejor descripción del pasado del Universo.

Eric Huff, miembro del SDSS del Berkeley Lab y de la Universidad de California en Berkeley, presentó un póster describiendo la medida completa de la tensión cósmica, incluyendo nuevas restricciones sobre la energía oscura, el 12 de enero de 2012, en la conferencia de la AAS.

Varios grandes relevamientos astronómicos, tales como el Dark Energy Survey, el Large Synoptic Survey Telescope, y el estudio HyperSuprimeCam, tratarán de medir la tensión cósmica en los próximos años. Las distorsiones por lentes débiles son tan sutiles, no obstante, que el mismo efecto atmosférico que provoca el parpadeo de las estrellas durante la noche supone un formidable desafío para las medidas de la tensión cósmica. Hasta ahora, ninguna medida de la tensión cósmica realizada desde la Tierra ha sido capaz de separar completa y fehacientemente los efectos de lentes débiles de las distorsiones atmosféricas.

“La comunidad ha estado trabajando desde hace unos años en las medidas de la tensión cósmica”, dice Huff, astrónomo en Berkeley Lab, “pero también ha habido cierto escepticismo sobre si puede hacerse con la suficiente precisión para restringir a la energía oscura. Demostrar que podemos lograr la precisión requerida con estos innovadores estudios es importante para la próxima generación de grandes relevamientos”.

Para construir mapas de materia oscura, los equipos de Berkeley Lab y Fermilab usaron imágenes de galaxias realizadas entre 2000 y 2009 por los estudios SDSS I y II, usando el Telescopio Sloan en el Observatorio Apache Point, en New Mexico. Las galaxias están dentro de una faja continua del cielo conocida como SDSS Strip 82, localizada a lo largo del ecuador celeste y que abarca 275 grados cuadrados. Las imágenes de las galaxias quedaron capturadas en múltiples pasadas a lo largo de muchos años.

Los dos equipos superpusieron imágenes de un área dada, tomadas en diferentes momentos, en un proceso llamado coadición, para eliminar los errores provocados por los efectos atmosféricos y para mejorar las señales muy tenues que proceden de partes lejanas del Universo. Los equipos usaron distintas técnicas para modelar y controlar las variaciones atmosféricas y medir la señal aumentada por la lente, y realizaron una exhaustiva serie de pruebas para demostrar que estos modelos funcionan.

La gravedad tiende a agrupar material en concentraciones densas, pero la energía oscura actúa como fuerza repulsiva que frena el colapso. De esta forma, la aglomeración de materia oscura en los mapas proporciona una medida de la cantidad de energía oscura del Universo.

Cuando compararon sus resultados finales antes de la reunión de la AAS, ambos equipos encontraron menos estructura de la esperada a partir de otras medidas, tales como la Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP), pero según Huff, “los resultados no son suficientemente diferentes de experimentos anteriores como para hacer sonar las sirenas de alarma”.

Mientras tanto, dice Lin, “nuestros procesos de corrección de imágenes deberían proporcionar una herramienta valiosa para la próxima generación de relevamientos de lentes débiles”.

Más información en:

http://newscenter.lbl.gov

NASA, ESA, Eric Jullo/JPL, Priyamvada Natarajan/Yale, Jean-Paul Kneib/Université de Provence

Un equipo de astrónomos ha utilizado un cúmulo de galaxias masivo como una lente cósmica de aumento para estudiar la naturaleza de la energía oscura, por primera vez. Cuando se combina con las técnicas existentes, sus resultados mejoran significativamente las mediciones actuales del contenido de masa y energía del Universo. Los resultados aparecen en la edición del 20 de agosto de 2010 de la revista Science.

Los astrónomos emplean una cantidad de métodos para estudiar la geometría del Universo, la cual nos dice algo sobre la naturaleza de la energía oscura – una fuerza misteriosa, descubierta en 1998, que acelera la expansión del Universo, pero de la cual se conoce poco más que eso. Descubrir la naturaleza de la energía oscura, que constituye alrededor del 72 por ciento de toda la masa y la energía del Universo y que, en última instancia, determinará su destino, es uno de los santos griales de la cosmología moderna.

Ahora, un equipo internacional que incluye a Natarajan Priyamvada, cosmólogo de la Universidad de Yale,  ha utilizado lentes gravitacionales para aprender más sobre esta esquiva fuerza. A partir de datos tomados por el telescopio espacial Hubble, así como telescopios terrestres, el equipo analizó las imágenes de 34 galaxias extremadamente distantes, situadas detrás de Abell 1689, uno de los cúmulos de galaxias más grandes y más masivos conocidos en el Universo.

A través de la lente gravitacional de Abell 1689, los astrónomos fueron capaces de detectar galaxias de fondo, débiles y distantes – cuya luz estaba doblada y proyectada por la masiva fuerza de gravedad del cúmulo – de manera similar que la lente de una lupa distorsiona la imagen de un objeto.

La forma en que las imágenes fueron distorsionadas dio las pistas astrónomos en cuanto a la geometría del espacio que se sitúa entre la Tierra, el cúmulo y las galaxias distantes. “El contenido, la geometría y el destino del Universo están vinculados, por lo tanto, si se pueden restringir dos de esas cosas, se podrá aprender algo acerca de la tercera”, dijo Natarajan.

Usando modelos teóricos de la distribución tanto de la materia ordinaria como de la oscura en el espacio, Natarajan y el equipo fueron capaces de reducir el rango de las estimaciones actuales sobre los efectos de la energía oscura en el Universo, representado por el valor w, en un 30 por ciento. El equipo combinó su nueva técnica con otros métodos, incluyendo el uso de las supernovas, cúmulos de galaxias en rayos X y los datos del experimento Wilkinson de anisotropía en microondas (la nave espacial WMAP) para limitar el valor de w.

El resultado confirma los hallazgos previos referidos a que la naturaleza de la energía oscura probablemente corresponde a un Universo plano. En este escenario, la expansión del Universo continuará acelerándose, y el Universo se expandirá para siempre.

Son coautores del artículo científico Eric Jullo (Laboratorio de Propulsión a Chorro, Instituto Tecnológico de California y  Universidad de Provence); Jean-Paul Kneib y Carlo Schimd (Universidad de Provence); Anson D’Aloisio (Universidad de Yale); Marceau Limousin (Universidad de Provence y Universidad de Copenhagen);  y Johan Richard (Universidad de Durham).

Más información en:

http://opa.yale.edu/

ESO/ J.Dietrich

Una nueva imagen de gran campo revelada por la organización Observatorio Europeo Austral, ESO, muestra varios miles de galaxias distantes y, en particular, un gran grupo de ellas ubicado en el masivo cúmulo de galaxias conocido como Abell 315. Pese a lo densa que puede parecer, esta multitud de galaxias es sólo “la punta del iceberg”, ya que Abell 315, al igual que muchos cúmulos de galaxias, está dominado por la presencia de materia oscura. La enorme masa de este cúmulo desvía la luz de las galaxias que hay detrás, distorsionando ligeramente sus formas observadas.

Cuando se observa el cielo a simple vista, generalmente sólo se ven las estrellas de nuestra galaxia, la Vía Láctea, y aquellas que se encuentran en galaxias muy vecinas. Las galaxias más lejanas simplemente son demasiado tenues para ser percibidas por el ojo humano, pero si pudiéramos verlas, literalmente cubrirían el cielo. Esta nueva imagen de gran campo y larga exposición presentada por ESO, revela miles de galaxias condensadas en un área del cielo casi tan grande como la Luna llena.

Estas galaxias abarcan un amplio rango de distancias desde nosotros. Algunas están relativamente cerca, por lo que es posible distinguir sus brazos espirales o halos elípticos, especialmente en la parte superior de la imagen. Las más distantes aparecen simplemente como manchas muy tenues -su luz ha viajado a través del Universo durante ocho mil millones de años o más, antes de alcanzar la Tierra.

Comenzando en el centro de la imagen y extendiéndose hacia abajo y a la izquierda, una concentración de unas cien galaxias amarillentas corresponde a un cúmulo de galaxias masivo, designado con el número 315 en el catálogo compilado por el astrónomo George Abell, en 1958. El cúmulo está ubicado entre las tenues galaxias rojas y azules y la Tierra, a unos dos mil millones de años luz, en la dirección de la constelación de Cetus (la Ballena).

Los cúmulos de galaxias son unas de las estructuras más grandes en el Universo y se mantienen unidos debido a la gravedad. Sin embargo, hay más en estas estructuras que las cientos de galaxias que podemos ver. Las galaxias constituyen sólo el diez por ciento de la masa total de estos gigantes, mientras que el gas caliente entre las galaxias suma otro diez por ciento. El 80 por ciento restante corresponde a un ingrediente invisible y totalmente desconocido llamado materia oscura, que se encuentra entre las galaxias.

La presencia de materia oscura se revela a través de su efecto gravitacional: la enorme masa de un cúmulo de galaxias actúa como una lente de aumento cósmica sobre la luz de las galaxias que se encuentran detrás, curvando la trayectoria de su luz y haciendo que luzcan levemente distorsionadas. Mediante la observación y el análisis de las formas distorsionadas de estas galaxias del fondo, los astrónomos pueden inferir la masa total del cúmulo responsable de la distorsión, aún cuando esta masa es en gran parte invisible. Sin embargo, este efecto es usualmente diminuto y es necesario medir un gran número de galaxias para obtener resultados significativos: en el caso de Abell 315, se estudiaron las formas de casi 10.000 galaxias tenues de esta imagen con el propósito de estimar la masa total del cúmulo, que suma más de cien billones de veces la masa del Sol.

Como complemento del enorme rango de distancias y tamaños cósmicos estudiados en esta imagen, un puñado de objetos mucho más cercanos a la Tierra y más pequeños que las galaxias y que los cúmulos de galaxias, se esparcen a través del campo: junto a varias estrellas pertenecientes a nuestra galaxia, se pueden apreciar numerosos asteroides visibles como marcas azules, verdes o rojas. Estos objetos pertenecen al cinturón principal de asteroides ubicado entre las órbitas de Marte y Júpiter, y sus dimensiones van desde varias decenas de kilómetros en el caso de los más brillantes, hasta sólo unos pocos kilómetros en el caso de los más tenues.

Esta imagen fue tomada con el Wide Field Imager del telescopio MPG/ESO de 2,2 metros de diámetro, ubicado en el Observatorio La Silla, de ESO, en Chile. Esta composición fue realizada a partir de varias exposiciones obtenidas con tres filtros de diferentes anchos de banda, para un total de casi una hora en el filtro B y cerca de una hora y media en los filtros V y R. El campo de visión es de 34 x 33 minutos de arco.

Más información en:

http://www.eso.org/

NASA/ ESA/ P. Simon (U. Bonn) & T. Schrabback (Leiden Obs.)

Un nuevo estudio liderado por científicos europeos presenta el análisis de datos más abarcador del relevamiento más ambicioso nunca antes realizado por el telescopio espacial Hubble de la NASA / ESA. Estos investigadores han usado, por primera vez, datos del Hubble para probar los efectos de “lentes débiles” gravitacionales naturales en el espacio y caracterizar la expansión del Universo.

Un grupo de astrónomos liderado por Tim Schrabback, del Observatorio de Leiden, condujo un intensivo estudio de más de 446 mil galaxias con el campo COSMOS, resultado del mayor relevamiento hasta ahora realizados con el Hubble. Para la elaboración del relevamiento COSMOS, el Hubble fotografió 575 vistas ligeramente superpuestas de la misma parte del Universo usando la Cámara Avanzada para Relevamientos, ACS, a bordo del Hubble. Esto tomó cerca de 1000 horas de observaciones.

Además de los datos del Hubble, los investigadores usaron datos de corrimientos al rojo obtenidos a partir de telescopios basados en el suelo para asignar distancias a 194 mil de las galaxias estudiadas (un corrimiento al rojo z superior a 5). “El número absoluto de galaxias incluídas en este tipo de análisis es sin precedentes, pero más importante es la riqueza de información que pudimos obtener acerca de las estructuras invisibles del Universo a partir de esta excepcional base de datos”, dice el coautor Patrick Simon, de la Universidad de Edimburgo.

En especial, los astrónomos pudieron ”pesar” la distribución de materia a gran escala en el espacio para grandes distancias. Para esto, hicieron uso del hecho que esta información está codificada en las formas distorsionadas de las galaxias distantes, un fenómeno conocido como lente gravitacional débil. Usando complejos algoritmos, el equipo liderado por Schrabback ha mejorado el método estándar y obtuvo mediciones de formas de galaxias con una precisión sin precedentes. Los resultados de este estudio serán publicados en un próximo número de Astronomy and Astrophysics.

La meticulosidad y escala de este estudio hizo posible una confirmación independiente de que la expansión del Universo está acelerada por un componente misterioso adicional llamado energía oscura. Existe un puñado de otras confirmaciones independientes. Los científicos necesitaron saber cómo la formación de grupos de materia evolucionaron en la historia del Universo para determinar cómo la fuerza gravitacional, la cual mantiene unida a la materia, y la energía oscura, la cual la aparta acelerando la expansión del Universo, tienen efecto sobre ella. “La energía oscura afecta nuestras mediciones por dos razones. Primero, cuando está presente, los cúmulos de galaxias crecen más lentamente, y segundo, ésta cambia la manera en que el Universo se expande, afectando a las galaxias más distantes  más efectivamente modificadas por las lentes. Nuestro análisis es sensible a ambos efectos”, dice el co-autor Benjamin Joachimi de la Universidad de Bonn. “Nuestro estudio también provee una confirmación adicional de la teoría general de la relatividad de Einstein, la cual predice cómo la señal desviada depende del corrimiento hacia el rojo,” agrega el co-investigador Martin Kilbinger, del Instituto de Astrofísica de París.

El gran número de galaxias incluido en este estudio, junto con la información de sus corrimientos hacia el rojo, está guiando a un mapa más claro de cómo se presenta, exactamente, parte del Universo; esto nos ayuda a ver sus habitantes galácticos y cómo están distribuidos. “Con información más precisa acerca de las distancias a las galaxias, podemos medir la distribución de la materia entre ellas y con mayor precisión”, indica el co-investigador Jan Hartlap de la Universidad de Bonn. “Antes, la mayoría de los estudios eran hechos en 2D, como tomar rayos X del tórax. Nuestro estudio es más como una reconstrucción en 3D del esqueleto con un tomógrafo computado. Más allá de eso, somos capaces de ver el esqueleto de materia oscura madura desde el  Universo joven hasta el presente”, comenta el otro coautor William High, de la Universidad de Harvard.

Los astrónomos eligieron específicamente el relevamiento COSMOS porque pensaron que es una muestra representativa del Universo. Con estudios completos tales como el liderado por Schrabback, los astrónomos serán capaces, un día, de aplicar su técnica para áreas más amplias del cielo, formando una imagen más clara de cómo es realmente ahí afuera.

Más información en:

http://www.spacetelescope.org/

NASA/ ESA/ Michael West (ESO)

En general, las galaxias pueden pensarse como “sociales”, formando grupos y frecuentemente interactuando. No obstante, esta imagen reciente del telescopio espacial Hubble, de la NASA y de la ESA, refleja cómo algunas galaxias se muestran como hambrientas solitarias. Estas rarezas cósmicas han puesto a los astrónomos en el “caso de las galaxias vecinas desaparecidas”.

Localizada a 500 millones de años luz de la Tierra, ESO 306-17 es una galaxia elíptica grande y brillante en el cielo austral de un tipo conocido como grupo fósil. Los astrónomos usan este término para enfatizar la naturaleza aislada de estas galaxias. No obstante, ¿son como fósiles (últimos remanentes de una comunidad que alguna vez fue activa) o es algo más siniestro que eso? ¿Engulle ESO 306-17 a sus vecinas más próximas?

La gravedad hace que las galaxias se junten y las más grandes se engullen a las más pequeñas. Hay evidencia que nuestra propia galaxia, la Vía Láctea, se “alimentó” de numerosas galaxias más pequeñas que le pasaron demasiado cerca. ESO 306-17 y otros grupos fósiles pueden ser los ejemplos más extremos de canibalismo galáctico: sistemas hambrientos que no paran hasta que hayan devorado todo a su alrededor.

En esta imagen, tomada por la Cámara Avanzada para Relevamientos, a bordo del Hubble, en noviembre de 2008, parece que ESO 306-17 estuviera rodeada por otras galaxias, pero las galaxias brillantes abajo a la izquierda se piensa que están en primer plano, no a la misma distancia, en el cielo. En realidad, ESO 306-17 se encuentra bastante abandonada en un enorme mar de materia oscura y gas caliente. Cuando nos acercamos a ESO 306-17, se pueden ver débiles cúmulos de estrellas a través del resplandeciente brillo del gran halo de la galaxia. Éstos son cúmulos globulares (grupos de estrellas estrechamente ligadas que pueden muchas veces defenderse del canibalismo de las galaxia más grandes y “tiranas”. Estudiar estos cúmulos circundantes ayudará a los astrónomos en su búsqueda de ordenar las partes de la historia de ESO 306-17.

Los investigadores también están usando esta imagen para investigar galaxias enanas ultra-compactas cercanas. Las enanas ultra-compactas son versiones en miniatura de galaxias enanas que se han quedado sólo con su núcleo debido a interacciones con galaxias más grandes y más poderosas. La mayoría de las enanas ultra-compactas descubiertas, hasta ahora, están localizadas cerca de galaxias elípticas gigantes en grandes cúmulos de galaxias, por lo que será interesante ver si los investigadores encuentran objetos similares en los grupos fósiles.

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ESA

Observaciones de grupos de galaxias débiles y lejanos hechas con el observatorio XMM-Newton de la Agencia Espacial Europea (ESA) fueron utilizadas para investigar la evolución de la materia oscura. Los resultados del estudio se publican en la edición del 20 de enero de 2010 del The Astrophysical Journal.

La materia oscura es un misterioso e invisible componente del Universo que sólo se revela a través de su influencia gravitacional. La comprensión de su naturaleza es una de las preguntas abiertas clave en la cosmología moderna. En uno de los métodos utilizados para abordar esta cuestión, los astrónomos utilizan la relación entre masa y luminosidad que se ha encontrado para los cúmulos de galaxias, la cual vincula sus emisiones en rayos X, un indicador de la masa de la materia ordinaria (bariónica), y su masa total (la masa bariónica más la materia oscura) según lo determinado por el efecto de lente gravitacional.

Hasta la fecha la relación se podía establecerse únicamente para los cúmulos cercanos. Un nuevo trabajo de una colaboración internacional, incluyendo al Instituto Max Planck para Física Extraterrestre (MPE), al Laboratorio de Astrofísica de Marsella (LAM) y al Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab), ha hecho un gran progreso en la ampliación de la relación a estructuras más pequeñas y distante que lo que antes era posible.

Para establecer el vínculo entre la emisión de rayos X y la materia oscura subyacente, el equipo utilizó una de las mayores muestras en rayos X de grupos y cúmulos de galaxias seleccionados, producida por el observatorio de rayos X de la ESA, XMM-Newton.

Los grupos y cúmulos de galaxias se pueden encontrar de manera efectiva utilizando su emisión extendida en rayos X en escalas inferiores al minuto de arco. Como resultado de su gran área efectiva, XMM-Newton es el único telescopio de rayos X que puede detectar el nivel de emisión débil de los grupos y cúmulos de galaxias distantes.

“La capacidad de XMM-Newton para ofrecer catálogos de grandes grupos de galaxias en los campos profundos es asombrosa”, dijo Alexis Finoguenov, del MPE y de la Universidad de Maryland, coautor del artículo en The Astrophysical Journal (ApJ).

Dado que los rayos X son la mejor manera de encontrar y caracterizar los cúmulos, la mayoría de los estudios de seguimiento han sido hasta ahora limitados a grupos y cúmulos de galaxias relativamente cercanos.

“Teniendo en cuenta los catálogos sin precedentes, proporcionados por el XMM-Newton, hemos sido capaces de ampliar las mediciones de masa a estructuras mucho menores, que existían mucho antes en la historia del Universo”, dice Alexie Leauthaud de la División de Física del Berkeley Lab, primer autor del estudio publicado en ApJ.

La masa como lente

La lente gravitatoria se produce porque la masa curva el espacio a su alrededor, doblando los caminos por donde viajan los rayos de luz: cuanto más masa hay (y cuanto más cerca se está del centro de masa), más se curva el espacio, y más se desplaza y se distorsiona la imagen de un objeto distante. Así, medir la distorsión (o el “corte”) es la clave para medir la masa del objeto que actúa como lente.

En el caso de las lentes gravitacionales débiles (como las usadas en este estudio) el corte es demasiado sutil para ser visto directamente, pero débiles distorsiones adicionales en una colección de galaxias distantes pueden calcularse estadísticamente, y el corte promedio debido al efecto de lente de algún objeto masivo delante de ellas puede calcularse. Sin embargo, con el fin de calcular la masa de la lente de corte promedio, se necesita conocer su centro.

“El problema con los cúmulos de alto corrimiento al rojo (es decir, muy lejanos) es que es difícil determinar exactamente qué galaxia se encuentra en el centro del cúmulo”, dice Leauthaud. “Ahí es donde los rayos X ayudan. La luminosidad en rayos X de un cúmulo de galaxias se puede utilizar para encontrar su centro con mucha precisión”.

Conociendo los centros de masa a partir del análisis de la emisión de rayos X, Leauthaud y sus colegas pudieron usar las lentes débiles para estimar la masa total de los grupos y cúmulos distantes con mayor precisión que nunca.

El último paso fue determinar la luminosidad en rayos X de cada cúmulo de galaxias y graficarla contra la masa determinada por el efecto de lente débil, llegando a la relación masa-luminosidad para la nueva colección de los grupos y cúmulos extendiendo los estudios previos a menores masas y mayores corrimientos al rojo. Con incertidumbre calculable, la relación tiene la misma pendiente de recta para los cúmulos de galaxias cercanos que para los distantes, un simple factor de escala coherente relaciona la masa total (bariónica más oscura) de un grupo o cúmulo con su brillo en rayos X, siendo este último medido sólo a la masa bariónica.

“Al confirmar la relación masa-luminosidad y extenderla para más altos corrimientos al rojo, hemos dado un pequeño paso en la dirección correcta hacia el uso de lentes débiles como poderosas herramientas para medir la evolución de la estructura”, dice Jean-Paul Kneib, coautor del artículo en ApJ, del LAM y del Centro Nacional de Investigación (CNRS), de Francia.

En el principio

El origen de las galaxias puede ser trazado por las pequeñas diferencias en la densidad del muy cálido principio del Universo; los rastros de estas diferencias aún se pueden ver como diminutas diferencias de temperatura en el fondo cósmico de microondas (CMB).

“Las variaciones que observamos en el antiguo cielo de microondas representan las marcas que se desarrollaron a través del tiempo desde andamios de materia oscura cósmica hasta las galaxias que vemos hoy”, dice George Smoot, director del Centro Berkeley para Física Cosmológica (BCCP), profesor de Física en la Universidad de California en Berkeley, y miembro de la División de Física del Berkeley Lab. Smoot compartió el Premio Nobel de Física 2006 por medir las anisotropías en el CMB y es uno de los autores del artículo en ApJ. “Es muy emocionante que podamos medir con lentes gravitacionales cómo la materia oscura se ha colapsado y ha evolucionado desde el principio”.

Uno de los objetivos del estudio de la evolución de la estructura es entender a la materia oscura en sí, y cómo interactúa con la materia ordinaria que podemos ver. Otro objetivo es aprender más sobre la energía oscura, el misterioso fenómeno que está empujando a la materia, separándola y causando que el Universo se expanda a un ritmo acelerado. Muchas preguntas siguen aún sin respuesta: ¿La energía oscura es constante o es dinámica? ¿O ella es simplemente una ilusión causada por una limitación de la Teoría General de la Relatividad de Einstein?

Las herramientas proporcionadas por la extensión de la relación masa-luminosidad serán muy útiles para responder a estas preguntas acerca de las funciones opuestas de la gravedad y la energía oscura en darle forma al Universo, ahora y en el futuro.

Más información en:
http://sci.esa.int/

CERN

Dentro de la primera etapa de su viaje a la Estación Espacial Internacional (EEI), el Espectrómetro Magnético Alfa (AMS) abandonó esta mañana la sede de la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN) en Ginebra. Este detector buscará positrones y electrones en el espacio, como posibles marcadores de materia oscura.

Así lo han confirmado los técnicos del CERN, quienes esperan que en seis días llegue un convoy especial de transporte al ESTEC, el centro de investigación y tecnología de la Agencia Espacial Europea (ESA) en Nordwijk, Países Bajos.

Una vez allí, el detector pasará una serie de pruebas para comprobar su capacidad de soportar un despegue del transbordador y su funcionamiento en el espacio.

En el ESTEC, el AMS se colocará en la cámara de termo-vacío de la ESA, que simula el vacío espacial, para hacer pruebas sobre la capacidad del detector de intercambiar calor, manteniendo su equilibrio térmico, esencial para el funcionamiento de la electrónica del detector y especialmente de su singular imán superconductor, el primero de su especie que se lanza al espacio.

“Es un hito muy importante para el AMS, al ser la primera vez que se va a probar en vacío. Después del test, puede que el AMS vuelva al CERN para una comprobación final y después saldrá hacia el Centro Espacial Kennedy para su lanzamiento”, expresa Sam Ting, portavoz del experimento y ganador de un premio Nobel.

“La contribución del CERN ha sido crucial. Sin el trabajo de su acelerador, del imán y de los grupos de vacío no habríamos llegado a esta etapa en la que estamos hoy”, reconoce Ting.

Un total de 20 personas que colaboran en el AMS acompañarán al detector en su viaje. Su construcción se ha realizado en el CERN con el apoyo de los servicios de ingeniería del laboratorio.

Desde el 4 al 9 de febrero de 2010, los expertos han demostrado las capacidades del detector utilizando un haz de prueba del acelerador Super Proton Synchrotron (SPS).

Los técnicos también han utilizado un haz de protones primarios del SPS para comprobar la resolución angular del detector, y cualificar su capacidad para medir la curvatura de partículas y su momento angular.

También se ha comprobado la capacidad del AMS para distinguir entre electrones y protones. “Esto es muy importante para medir los rayos cósmicos, un 90% de los cuales son protones, lo que facilitaría por afinidad el estudio de otras señales en las que están interesados los científicos del AMS”, explica el CERN en un comunicado de prensa.

Éstas son algunas de las pruebas por las que pasará el detector para demostrar su capacidad de funcionamiento una vez que alcance el espacio. Según los expertos, el AMS buscará positrones y electrones del espacio, posibles marcadores de materia oscura.

Una vez acoplado a la EEI, el AMS examinará temas fundamentales de la materia y del origen y estructura del Universo. Su objetivo científico más importante es la búsqueda de materia oscura, materia faltante (o desaparecida) y antimateria, en un programa complementario al del Gran Colisionador de Hadrones (LHC, Large Hadron Collider).

Próximas etapas

El AMS saldrá de ESTEC a finales de mayo, a bordo de un vuelo especial de las fuerzas aéreas estadounidenses hacia el Centro Espacial Kennedy en Florida. El despegue a bordo del transbordador espacial Discovery está previsto para julio de 2010.

Los datos del espacio del AMS, construido en el CERN por los estados miembros del laboratorio, por los Estados Unidos y por China (Taipei), serán transmitidos desde la EEI a Houston (EE UU) y al CERN (Suiza), donde se realizarán todos los controles y los análisis físicos del detector.

Más información en:

http://www.plataformasinc.es/

ESA

Observaciones de grupos de galaxias débiles y distantes hechas con el observatorio XMM-Newton de la Agencia Espacial Europea se usaron para examinar la evolución de la materia oscura. Los resultados del estudio se presentan en la edición del 20 de enero de 2010 del The Astrophysical Journal.

La materia oscura es un misterioso e invisible constituyente del Universo , la cual sólo se revela a través de su influencia gravitacional. Entender su naturaleza es una de las cuestiones clave en la cosmología moderna. En una de las formas de abordar  esta cuestión, los astrónomos usan la relación entre la masa y la luminosidad que se encontró para los cúmulos de galaxias, la cual relaciona sus emisiones en rayos X, una indicación sólo de la masa  de la materia ordinaria (bariónica), y sus masas totales (bariónica más materia oscura) determinada por lentes gravitacionales.

Hasta ahora, la relación sólo había podido ser establecida para cúmulos cercanos. Un nuevo trabajo de una colaboración internacional, incluyendo el Instituto Max Planck para Física Extraterrestre (MPE), el Laboratorio de Astrofísica de Marsella (LAM), y el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab), ha conseguido un gran avance al extender la relación a estructuras más distantes y pequeñas que lo previamente posible.

Para establecer la relación entre la emisión en rayos X y la materia oscura subyacente, el equipo usó una de las más grandes muestras de grupos y cúmulos de galaxias seleccionadas en rayos X, producida por el observatorio de rayos X XMM-Newton, de la Agencia Espacial Europea, ESA.

Los grupos y cúmulos de galaxias pueden ser encontrados efectivamente usando su emisión en rayos X extendida en escalas por debajo del minuto de arco. Como resultado de su gran área efectiva, XMM-Newton es el único telescopio de rayos X que puede detectar el débil nivel de emisión de grupos y cúmulos de galaxias distantes.

“La habilidad de XMM-Newton para proveer grandes catálogos de grupos de galaxias en campos profundos es asombrosa”, dijo Alexis Finoguenov del MPE y de la Universidad de Maryland, coautor del artículo del The Astrophysical Journal.

Aunque los rayos X son la mejor manera de encontrar y caracterizar cúmulos, la mayoría de los estudios de seguimiento han sido hasta ahora limitados a grupos y cúmulos de galaxias relativamente cercanos.

“Dados los catálogos sin precedentes provistos por XMM-Newton, hemos sido capaces de extender las mediciones de masa a estructuras mucho menores, las cuales existieron en la historia más temprana del Universo”, dice Alexie Leauthaud de la División de Física del Berkeley Lab, primer autor del estudio.

La masa como una lente

Las lentes gravitacionales ocurren debido a que la masa curva el espacio alrededor de ella, combando el camino a lo largo del cual viajan los rayos de luz: cuanto más masa (y cuanto más cerca ésta de su centro de masa), el espacio más se comba, y la imagen de un objeto distante está más desplazada y distorsionada. Así, la medición de la distorsión es la clave para medir la masa del objeto aumentado por el efecto de la lente.

En el caso de una lente gravitacional débil (como la usada en este estudio) la distorsión es demasiado delicada para ser vista directamente, pero se pueden calculada estadísticamente las débiles distorsiones adicionales en una acumulación de galaxias distantes, y así puede calcularse la distorsión promedio debida a la lente de algún objeto masivo frente a ellas. No obstante, para calcular la masa de la lente, a partir de la distorsión promedio, se necesita conocer su centro.

“El problema con los cúmulos de alto corrimiento hacia el rojo (o sea, muy distantes) es que es difícil detectar exactamente qué galaxia se sitúa en el centro del cúmulo”, dice Leauthaud. “Ahí es donde nos ayudan los rayos X. La luminosidad en rayos X de un cúmulo de galaxias puede ser usada para encontrar su centro con gran precisión”.

Conociendo los centros de masa a partir del análisis de la emisión en rayos X, Leauthaud y sus colegas pudieron usar luego las lentes débiles para estimar la masa total de los grupos y cúmulos distantes con mucha mayor aproximación que lo que antes se podía.

El paso final fue determinar la luminosidad ne rayos X de cada cúmulo de galaxias y graficarla en relación a la masa determinada de la lente débil, resultando la relación masa-luminosidad para la nueva acumulación de grupos y cúmulos extendiendo los estudios previos a masas más bajas y corrimientos hacia el rojo más altos. Dentro de una incertidumbre calculable, la relación tiene la misma pendiente para las galaxias cercanas que para las distantes; un simple y consistente factor de ajuste relaciona la masa total (bariónica más oscura) de un grupo o cúmulo con su brillo en rayos X, esto último midiendo sólo la masa bariónica.

“Confirmando la relación masa-luminosidad y extendiéndola a altos corrimientos al rojo, hemos dado un pequeño paso en la dirección correcta hacia el uso de una lente débil como una poderosa herramienta para medir la evolución de la estructura”, dice Jean-Paul Kneib,  de LAM y del Centro Nacional para la Investigación Científica de Francia (CNRS), coautor del artículo.

En el comienzo

El origen de las galaxias puede ser trazado por las pequeñas diferencias en la densidad del caliente y temprano Universo; rastros de estas diferencias pueden aún ser vistos como minúsculas diferencias de temperatura en el fondo cósmico en microondas (CMB).

“Las variaciones que observamos en el antiguo cielo de microondas representa la huella que se desarrolló en el tiempo dentro del andamiaje de materia oscura cósmica para las galaxias que vemos ahora”, dice George Smoot, director del Centro Berkeley para la Física Cosmológica (BCCO), profesor de física en la Universidad de California, en Berkeley, y miembro de la División de Física del Berkeley Lab. Smoot compartió el Premio Nobel de Física de 2006 por la medición de anisotropías en el CMB y es uno de los autores del artículo. “Genera mucho entusiasmo el que podamos medir realmente con lentes gravitacionales cómo ha colapsado la materia oscura y cómo evolucionó desde el comienzo”.

Una meta en el estudio de la evolución de la estructura es entender la materia oscura en sí y cómo interactúa con la materia ordinaria que podemos ver. Otra meta es entender más acerca de la energía oscura, el misterioso fenómeno que está separando la materia y causa que el Universo se expanda en forma acelerada. Muchas cuestiones quedan sin responder: ¿ la energía oscura es constante o es dinámica? ¿O es meramente una ilusión causada por una limitación en la Teoría de la Relatividad General de Einstein?

Las herramientas provistas por la relación masa-luminosidad  extendida servirán para responder estas cuestiones acerca de los roles opuestos de la gravedad y la energía oscura en la organización del Universo, ahora y en el futuro.

Más información en:

http://sci.esa.int/

Nicolle Rager Fuller, NSF

Un retrato detallado de las semillas de estructuras en el Universo ha sido revelado por un equipo internacional dirigido por Sarah Church, del Instituto Kavli de  Astrofísica de Partículas y Cosmología (KIPAC), ubicado conjuntamente con el Laboratorio Nacional del Acelerador SLAC del Departamento de Energía y la Universidad Stanford, y por Walter Gear, de la Universidad Cardiff, en el Reino Unido. Estas mediciones del fondo cósmico de microondas (la débil y resplandeciente reliquia del Universo joven, caliente y denso) pone límites sobre las alternativas propuestas para el modelo estándar de la Cosmología y provee un nuevo apoyo para el modelo cosmológico estándar, confirmando que la materia oscura y la energía oscura conforman el 95% de todo lo existente, mientras que la materia ordinaria constituye sólo el 5%.

“Cuando comencé en este campo, algunas personas estaban convencidas  que  entendían bastante bien los contenidos del Universo”, dijo Church, vicedirectora del KIPAC e investigadora principal estadounidense del proyecto QUaD. “Pero ese entendimiento fue destruido cuando se descubrieron evidencias de la energía oscura. Ahora, que nuevamente sentimos que tenemos una muy buena comprensión de qué compone al Universo, es extremadamente importante para nosotros acumular una fuerte evidencia de que este modelo es correcto, usando muchas técnicas de medición diferentes, para que esto no vuelva a ocurrir”.

En un artículo publicado en la edición del 1 de noviembre de 2009 del The Astrophysical Journal, los investigadores de QUaD exhibieron detallados mapas de la radiación de fondo cósmica en microondas (CMB). Los investigadores focalizaron sus mediciones sobre variaciones en la temperatura y en la polarización de la CMB, para aprender acerca de la distribución de la materia en el Universo temprano. La polarización es una “direccionalidad” extra  intrínseca para todos los rayos de luz, que es perpendicular a la dirección en las que viajan los rayos de luz. Aunque la mayoría de la luz no está polarizada, pues está conformada por rayos de luz en una mezcla equivalente en todas las polarizaciones, la reflexión y dispersión del rayo de luz puede crear luz polarizada. Esta propiedad de la luz es aprovechada por los anteojos de sol polarizados, los cuales bloquean algo de la luz polarizada para reducir la luminosidad, en días soleados.

La luz proveniente del Universo temprano inicialmente no estaba polarizada pero se polarizó cuando chocó con la materia en movimiento del Universo muy temprano. Creando mapas de esta polarización, el equipo QUaD fue capaz de investigar no sólo dónde existió la materia, sino también cómo ésta se fue moviendo.

“Estas nuevas mediciones de la polarización por parte de QUaD son las más sensibles ya realizadas”, dijo Clem Pryke, miembro del equipo de QUaD y profesor asistente en el Instituto Kavli de Física Cosmológica, ubicado en la Universidad de Chicago.

Los resultados de QUaD armonizan muy bien con la temperatura y polarización predichas por la existencia de materia oscura y energía oscura en el modelo cosmológico estándar, proporcionando confirmación experimental adicional de que el modelo es correcto. Estos descubrimientos también limitan las posibilidades de modelos alternativos, reforzando la visión de que los investigadores están en el senda correcta y necesitan aprender más acerca de la extraña naturaleza de la materia oscura y de la energía oscura si quieren comprender en forma completa cómo trabaja el Universo.

“Las observaciones del fondo de microondas están entre las técnicas más desafiantes de la Astrofísica y la Cosmología contemporáneas”, dijo el Director de KIPAC, Roger Blandford. “Es maravilloso ver mediciones tan sólidas y una tan clara confirmación de la teoría”.

Más información en:

http://home.slac.stanford.edu/