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¿Materia oscura o anillos de Einstein?

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  • Divulgación ¿Materia oscura o anillos de Einstein?

    8 de enero de 2020











    Hubble detecta los grupos de materia oscura más pequeños conocidos

    Utilizando el telescopio espacial Hubble de la NASA y una nueva técnica de observación, los astrónomos han descubierto que la materia oscura forma grupos mucho más pequeños que los conocidos previamente. Este resultado confirma una de las predicciones fundamentales de la teoría ampliamente aceptada de "materia oscura fría".
    Todas las galaxias, según esta teoría, se forman y están incrustadas dentro de las nubes de materia oscura. La materia oscura en sí misma consiste en partículas de movimiento lento o "frías" que se unen para formar estructuras que van desde cientos de miles de veces la masa de la galaxia de la Vía Láctea hasta grupos no más masivos que el peso de un avión comercial. (En este contexto, "frío" se refiere a la velocidad de las partículas).
    La observación del Hubble arroja nuevos conocimientos sobre la naturaleza de la materia oscura y cómo se comporta. "Hicimos una prueba de observación muy convincente para el modelo de materia oscura fría y pasa con gran éxito", dijo Tommaso Treu, de la Universidad de California, Los Ángeles (UCLA), miembro del equipo de observación.
    La materia oscura es una forma invisible de materia que constituye la mayor parte de la masa del universo y crea el andamiaje sobre el cual se construyen las galaxias. Aunque los astrónomos no pueden ver la materia oscura, pueden detectar su presencia indirectamente midiendo cómo su gravedad afecta a las estrellas y galaxias. Detectar las formaciones de materia oscura más pequeñas buscando estrellas incrustadas puede ser difícil o imposible, ya que contienen muy pocas estrellas.
    Si bien se han detectado concentraciones de materia oscura alrededor de galaxias grandes y medianas, hasta ahora no se han encontrado grupos mucho más pequeños de materia oscura. Ante la falta de evidencia observacional para tales grupos a pequeña escala, algunos investigadores han desarrollado teorías alternativas, incluida la "materia oscura cálida". Esta idea sugiere que las partículas de materia oscura se mueven rápidamente, comprimiéndose demasiado rápido para fusionarse y formar concentraciones más pequeñas. Las nuevas observaciones no respaldan este escenario, ya que encuentran que la materia oscura es "más fría" de lo que debería ser en la teoría alternativa de la materia oscura cálida.
    "La materia oscura es más fría de lo que sabíamos a escalas más pequeñas", dijo Anna Nierenberg del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en Pasadena, California, líder de la encuesta Hubble. "Los astrónomos han llevado a cabo otras pruebas de observación de las teorías de la materia oscura anteriormente, pero la nuestra proporciona la evidencia más sólida hasta ahora de la presencia de pequeños grupos de materia oscura fría. Al combinar las últimas predicciones teóricas, herramientas estadísticas y nuevas observaciones del Hubble, ahora tenemos un resultado mucho más robusto de lo que era posible anteriormente ".
    La caza de concentraciones de materia oscura sin estrellas ha resultado ser un desafío. Sin embargo, el equipo de investigación del Hubble utilizó una técnica en la que no necesitaban buscar la influencia gravitacional de las estrellas como trazadores de materia oscura. El equipo apuntó a ocho "farolas" cósmicas poderosas y distantes, llamadas cuásares (regiones alrededor de agujeros negros activos que emiten enormes cantidades de luz). Los astrónomos midieron cómo la luz emitida por el oxígeno y el gas de neón que orbitan cada uno de los agujeros negros de los quásares se deforma por la gravedad de una galaxia masiva en primer plano, que actúa como una lente de aumento.
    Usando este método, el equipo descubrió grupos de materia oscura a lo largo de la línea de visión del telescopio hacia los cuásares, así como dentro y alrededor de las galaxias de lentes interpuestas. Las concentraciones de materia oscura detectadas por Hubble son 1 / 10,000th a 1 / 100,000th veces la masa del halo de materia oscura de la Vía Láctea. Es probable que muchas de estas pequeñas agrupaciones no contengan incluso galaxias pequeñas y, por lo tanto, hubieran sido imposibles de detectar mediante el método tradicional de búsqueda de estrellas incrustadas.

    Los ocho cuásares y galaxias se alinearon de manera tan precisa que el efecto de deformación, llamado lente gravitacional, produjo cuatro imágenes distorsionadas de cada cuásar. El efecto es como mirar un espejo funhouse. Tales imágenes cuádruples de los cuásares son raras debido a la alineación casi exacta necesaria entre la galaxia de primer plano y el cuásar de fondo. Sin embargo, los investigadores necesitaban las múltiples imágenes para realizar un análisis más detallado.
    La presencia de los grupos de materia oscura altera el brillo aparente y la posición de cada imagen de cuásar distorsionada. Los astrónomos compararon estas mediciones con predicciones de cómo se verían las imágenes del cuásar sin la influencia de la materia oscura. Los investigadores utilizaron las mediciones para calcular las masas de las pequeñas concentraciones de materia oscura. Para analizar los datos, los investigadores también desarrollaron elaborados programas informáticos y técnicas intensivas de reconstrucción."Imagine que cada una de estas ocho galaxias es una lupa gigante", explicó el miembro del equipo Daniel Gilman de UCLA. "Pequeños grupos de materia oscura actúan como pequeñas grietas en la lupa, alterando el brillo y la posición de las cuatro imágenes del cuásar en comparación con lo que esperaría ver si el vidrio fuera liso".

    Los investigadores utilizaron la cámara 3 de campo ancho de Hubble para capturar la luz infrarroja cercana de cada cuásar y dispersarla en sus colores componentes para estudiarla con espectroscopía. Las emisiones únicas de los cuásares de fondo se ven mejor en luz infrarroja. "Las observaciones del Hubble desde el espacio nos permiten realizar estas mediciones en sistemas de galaxias que no serían accesibles con la resolución más baja de los telescopios terrestres, y la atmósfera de la Tierra es opaca a la luz infrarroja que necesitábamos observar", explicó el miembro del equipo Simon Birrer de UCLA

    Treu agregó: "Es increíble que después de casi 30 años de operación, Hubble esté permitiendo vistas de vanguardia de la física fundamental y la naturaleza del universo que ni siquiera soñamos cuando se lanzó el telescopio".

    Las lentes gravitacionales se descubrieron al examinar las encuestas terrestres como Sloan Digital Sky Survey y Dark Energy Survey, que proporcionan los mapas tridimensionales más detallados del universo que se hayan hecho. Los cuásares se encuentran a unos 10 mil millones de años luz de la Tierra; las galaxias en primer plano, alrededor de 2 mil millones de años luz.

    El número de pequeñas estructuras detectadas en el estudio ofrece más pistas sobre la naturaleza de la materia oscura. "Las propiedades de las partículas de la materia oscura afectan cuántos grupos se forman", explicó Nierenberg. "Eso significa que puedes aprender sobre la física de partículas de la materia oscura contando la cantidad de pequeños grupos".

    Sin embargo, el tipo de partícula que forma la materia oscura sigue siendo un misterio. "En la actualidad, no hay evidencia directa en el laboratorio de que existan partículas de materia oscura", dijo Birrer. "Los físicos de partículas ni siquiera hablarían sobre la materia oscura si los cosmólogos no dijeran que está allí, en base a las observaciones de sus efectos. Cuando los cosmólogos hablamos sobre la materia oscura, nos preguntamos 'cómo gobierna la apariencia del universo, ¿Y en qué escalas? "

    Los astrónomos podrán realizar estudios de seguimiento de la materia oscura utilizando futuros telescopios espaciales de la NASA, como el telescopio espacial James Webb y el telescopio de reconocimiento infrarrojo de campo amplio (WFIRST), ambos observatorios infrarrojos. Webb será capaz de obtener estas mediciones de manera eficiente para todos los quásares con lentes cuádruples conocidos. La nitidez y el amplio campo de visión de WFIRST ayudarán a los astrónomos a hacer observaciones de toda la región del espacio afectada por el inmenso campo gravitacional de galaxias masivas y cúmulos de galaxias. Esto ayudará a los investigadores a descubrir muchos más de estos sistemas raros.

    El equipo presentará sus resultados en la 235ª reunión de la American Astronomical Society en Honolulu, Hawaii.


    https://www.nasa.gov/feature/goddard...-matter-clumps

    ¿No es más fácil atribuir las imágenes un efecto de anillos de Einstein?.

    Entiendo que lo importante de este descubrimiento, en caso de la explicación sea la correcta, es que la materia oscura se puede concentrar mucho más de lo esperado y que no es necesario medir la desviación de las velocidades peculiares de estrellas para deducir la cantidad de materia oscura interior a su órbita. Sin embargo, yo he visto que esos grumos de materia oscura aparacen en casi todas las galaxias (donde sí se utilizan estrellas para estimar la masa de materia oscura).

    Cuanto más estudio, más sé lo que ignoro.

  • #2
    Escrito por Fortuna Ver mensaje
    ¿No es más fácil atribuir las imágenes un efecto de anillos de Einstein?
    Si la pregunta es: ¿no se tratará de un anillo de Einstein, en vez de materia oscura?, entiendo que la respuesta es: ambas cosas. Los anillos de Einstein son lentes gravitacionales, o sea, cuando podemos ver objetos detrás de cuerpos masivos por efecto de la curvatura del espacio que producen estos cuerpos masivos. Los lentes gravitaciones nos permiten conocer características tanto de objeto que está detrás, como del cuerpo masivo que curva el espacio. Entiendo que el artículo trata materia oscura que es detectada por el hecho de formar lentes gravitacionales.

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    • #3
      Fortuna, si te fijas en el pie de una de las imágenes del enlace que das lo explica:


      Haz clic en la imagen para ampliar  Nombre:	Mat oscura.jpg Vitas:	0 Tamaño:	43,8 KB ID:	345206



      Este gráfico ilustra cómo la luz de un quásar lejano es alterada por una galaxia masiva en primer plano y por diminutos grupos de materia oscura a lo largo del camino de la luz. La poderosa gravedad de la galaxia distorsiona y amplía la luz del cuásar, produciendo cuatro imágenes distorsionadas del mismo. Los grupos de materia oscura residen a lo largo de la línea de visión del Telescopio Espacial Hubble hacia el quasar, así como dentro y alrededor de la galaxia en primer plano. La presencia de los grupos de materia oscura altera el brillo aparente y la posición de cada imagen distorsionada del cuásar, deformando y ligeramente doblando la luz mientras viaja del distante cuásar a la Tierra, como se representa por las líneas onduladas en el gráfico. Los astrónomos compararon estas mediciones con las predicciones de cómo se verían las imágenes del quasar sin la influencia de los grupos de materia oscura. Los investigadores usaron estas mediciones para calcular las masas de las pequeñas concentraciones de materia oscura. La materia oscura es una sustancia invisible que constituye el grueso de la masa del universo y crea el andamiaje sobre el que se construyen las galaxias. Las imágenes cuádruples de un cuásar son raras porque el cuásar de fondo y la galaxia de primer plano requieren una alineación casi perfecta. Credits: NASA, ESA and D. Player (STScI)

      Entiendo que saben predecir muy bien los tiempos de llegada de las fluctuaciones de brillo para cada uno de los caminos de cada una de las 4 imágenes, (recordar la supernova Refsdal), si no hay grumos de materia en el camino de la luz. Y que a partir de las diferencias de tiempo entre las medidas y la predicción, pueden calcular los "grumos" de masa que han causado esa diferencia.

      Entiendo que la novedad es que han encontrado esos "grumos" de materia oscura en el espacio intergaláctico y que esos grumos son pequeños, lo cual va en contra de que la mayoría de materia oscura pueda ser "caliente" y refuerza la hipótesis de que la materia oscura es fría, reforzando el modelo Lambda-Cold-Dark-Matter, de ahí el título "bromista" del estudio: "La materia oscura caliente se enfría: limitaciones en la función de la masa del halo y la longitud de flujo libre de la materia oscura con 8 lentes gravitacionales fuertes de imagen cuádruple"

      Pero lo mejor seguramente será que mires el paper, que es Warm dark matter chills out: constraints on the halo mass function and the free-streaming length of dark matter with 8 quadruple-image strong gravitational lenses publicado en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Volume 491, Issue 4, February 2020, Pages 6077–6101

      Saludos.
      Última edición por Alriga; 14/01/2020, 16:16:37. Motivo: Mejorar explicación
      "Das ist nicht nur nicht richtig, es ist nicht einmal falsch! "

      Comentario


      • #4
        La imagen ya la comprendía, pero para mí no era suficiente. Una distribución de masa de la galaxia no exactamente homogénea podría dar lugar a que el cuásar de atrás se viera en 4 imágenes distorsionadas, como la que pongo sacada de http://www.astronoo.com/fr/articles/...-einstein.html

        Mejor está explicado en el paper que indicas y tendré que leerlo despacio, pero en el apartado, indica 5 PHYSICAL ASSUMPTIONS AND PRIORS donde se han hecho 8 suposiciones para calcular algún parámetro o para facilitar el cálculo, eso sin entrar en los esquemas de luminosidad brillo que son leyes empíricas para galaxias donde no se ven las estrellas individuales (en este caso cada galaxia que actúan como lente gravitacional.
        Archivos adjuntos
        Cuanto más estudio, más sé lo que ignoro.

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        • #5
          Sobre el tema de la "temperatura" de la materia oscura hay varios equipos trabajando en lentes gravitacionales. Hoy he visto SHARP -- VII. New constraints on the dark matter free-streaming properties and substructure abundance from gravitationally lensed quasars publicado recientemente en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, stz3177 (15 November 2019)

          Entiendo que han medido el brillo de siete cuásares distantes afectados de lentes gravitacionales para buscar cambios causados ​​por "grumos" adicionales de materia oscura. En este caso, leo en el abstract del paper que, fruto del estudio se atreven a dar un límite mínimo para la masa térmica de las partículas reliquia de materia oscura: Eso es unas 90 veces menor que la masa del electrón (511 keV). Y dicen que es compatible con la masa mínima obtenida del estudio del "Bosque Lyman-Alfa": (Referencia New Constraints on the free-streaming of warm dark matter from intermediate and small scale Lyman-α forest data)

          Saludos.
          "Das ist nicht nur nicht richtig, es ist nicht einmal falsch! "

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