La Vía Láctea mide de 100 a 120 mil años luz de ancho, una distancia que desafía la imaginación. Pero los cúmulos de galaxias, que comprenden de cientos a miles de galaxias que pululan bajo una atracción gravitacional colectiva, pueden abarcar decenas de millones de años luz.
Estos cúmulos masivos son una interacción compleja entre galaxias colisionantes y materia oscura. Parecen imposibles de mapear con precisión. Pero ahora un equipo internacional de astrónomos que utiliza el telescopio espacial Hubble de la NASA / ESA ha hecho exactamente esto: mapear con precisión un cúmulo de galaxias, denominado MCS J0416.1–2403, a 4.500 millones de años luz de distancia.
“Aunque hemos sabido cómo mapear la masa de un cúmulo usando lentes fuertes por más de veinte años, ha tomado mucho tiempo obtener telescopios que puedan hacer observaciones suficientemente profundas y nítidas, y que nuestros modelos se vuelvan lo suficientemente sofisticados para nosotros. para mapear, con detalles tan sin precedentes, un sistema tan complicado como MCS J0416.1–2403 ”, dijo el coautor Jean-Paul Kneib en un comunicado de prensa.
Medir la cantidad y distribución de masa dentro de objetos distantes puede ser extremadamente difícil. Especialmente cuando tres cuartos de toda la materia en el Universo es materia oscura, que no se puede ver directamente ya que no emite ni refleja luz. Solo interactúa por gravedad.
Pero afortunadamente, grandes grupos de materia deforman y distorsionan el tejido del espacio-tiempo a su alrededor. Actuando como lentes, parecen magnificar y doblar la luz que viaja más allá de ellos desde objetos más distantes.
Este efecto, conocido como lente gravitacional, solo es visible en casos raros y solo puede ser detectado por los telescopios más grandes. Incluso los cúmulos de galaxias, a pesar de su tamaño masivo, producen efectos gravitacionales mínimos en su entorno. En su mayor parte, causan lentes débiles, lo que hace que las fuentes aún más distantes aparezcan solo un poco más elípticas en el cielo.
Sin embargo, cuando la alineación del grupo y el objeto distante es correcta, los efectos pueden ser sustanciales. Las galaxias de fondo se pueden iluminar y transformar en anillos y arcos de luz, apareciendo varias veces en la misma imagen. Es este efecto, conocido como lentes fuertes, lo que ayudó a los astrónomos a mapear la distribución de masa en MCS J0416.1–2403.
"La profundidad de los datos nos permite ver objetos muy débiles y nos ha permitido identificar galaxias con lentes más fuertes que nunca", dijo el autor principal, el Dr. Jauzac. “A pesar de que una lente fuerte magnifica las galaxias de fondo, todavía están muy lejos y muy débiles. La profundidad de estos datos significa que podemos identificar galaxias de fondo increíblemente distantes. Ahora sabemos que hay más de cuatro veces más galaxias con lentes muy fuertes en el cúmulo que antes ".
Usando la cámara avanzada de Hubble para encuestas, los astrónomos identificaron 51 nuevas galaxias con múltiples imágenes alrededor del cúmulo, cuadruplicando el número encontrado en encuestas anteriores. Este efecto ha permitido a Jauzac y sus colegas calcular la distribución de la materia visible y oscura en el grupo y producir un mapa altamente restringido de su masa.
La masa total dentro del cúmulo es 160 billones de veces la masa del Sol, con una incertidumbre del 0.5%. Es el mapa más preciso jamás producido.
Pero Jauzac y sus colegas no planean detenerse aquí. Una imagen aún más precisa del cúmulo de galaxias tendrá que incluir también mediciones de lentes débiles. Entonces, el equipo continuará estudiando el clúster utilizando imágenes ultra profundas de Hubble.
También utilizarán observatorios terrestres para medir cualquier cambio en el espectro de las galaxias y, por lo tanto, observar las velocidades de los contenidos del cúmulo. La combinación de todas las mediciones no solo mejorará aún más los detalles, sino que también proporcionará un modelo 3D de las galaxias dentro del cúmulo, arrojando luz sobre su historia y evolución.
Este trabajo ha sido aceptado para su publicación en el Avisos mensuales de la Astronomía Real y está disponible en línea.
