Un equipo internacional de investigación liderado por Elizabeth Gonzalez, del Instituto de Astronomía Teórica y Experimental (IATE) analizó la forma en que se distribuye la materia en los cúmulos de galaxias, utilizando un efecto denominado ‘lentes gravitacionales’.

Por Facundo Rodriguez
facundo.rodriguez@unc.edu.ar

Las galaxias tienden a agruparse y pueden formar sistemas que van desde unos pocos miembros hasta cúmulos de cientos. Estos últimos pertenecen a los sistemas más masivos que podemos encontrar en el universo. Sin embargo, sólo una pequeña parte de su masa proviene de las galaxias que observamos, la mayoría proviene del material que no emite radiación, ‘la materia oscura’. Esta materia forma grandes ‘halos’ dentro de los cuales están, tanto las galaxias como los grupos de galaxias. Entender las características de este tipo de materia y cómo ésta se distribuye es uno de los grandes desafíos actuales de la Cosmología.

Lentes en el universo

Para determinar la forma en que se distribuye la materia en los cúmulos, el equipo utilizó una técnica denominada ‘lentes gravitacionales débiles’. Ésta se basa en un principio muy simple: al pasar cerca de objetos muy masivos, la luz de los objetos que se encuentran por detrás de estos cambia su trayectoria y su forma observada se ve distorsionada. Como los cúmulos de galaxias poseen varios billones de veces la masa del Sol, la luz de las galaxias que están detrás se modifica al pasar cerca de ellos y, por lo tanto, estas distorsiones permiten analizar cómo está distribuida la materia.

A pesar de que los cúmulos son muy masivos, las distorsiones que se crean en las imágenes de las galaxias que están detrás pueden ser muy pequeñas. Por lo tanto, para determinarlas, se utiliza una gran cantidad de galaxias y se obtiene una distorsión promedio. Para esto, se toma un conjunto de cúmulos con propiedades similares y se analiza el efecto medio sobre ellos.

En el análisis de los cúmulos, se tuvo en cuenta cómo cambia el efecto de lentes en relación con un eje y, así, se determinó cuán ‘estirada’ está la materia del cúmulo en comparación con una distribución esférica.

Datos y equipo de trabajo

Una de las principales fuentes de datos de este artículo publicado recientemente en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, fue el catálogo público generado por el proyecto Canada, France, Hawaii Telescope Stripe 82 (CS82). Este proyecto se pudo desarrollar gracias a que Brasil adquirió una fracción de tiempo de observación de ese telescopio. Esto originó diversas colaboraciones internacionales; entre ellas, este estudio. 

Elizabeth Gonzalez realizó un posdoctorado en el Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas. Su principal tema fue analizar la distribución de materia de los cúmulos utilizando las técnicas de lentes gravitacionales débiles. Debido a esto, su grupo de trabajo está compuesto, tanto por investigadores vinculados con esa institución, como Martín Makler,  y, también, por miembros del IATE: Diego García Lambas y Martín Chalela.

“Para llevar a cabo proyectos como éste, es esencial el acceso a los datos,  ya que la Astronomía y la Física son ciencias que necesitan datos. Muchas veces los países en vías de desarrollo no poseen cierta infraestructura, como en este caso. Sin embargo, pueden invertir y acceder a los datos”, remarca Martín Makler, quien fue director de la beca de posdoctorado de Elizabeth en Brasil y, actualmente es investigador de CONICET y de la Universidad de San Martín. 

Resultados

A partir de los análisis realizados, el principal resultado es que se logró determinar con precisión la elongación de los halos de materia oscura que contienen a los cúmulos de galaxias estudiados. Además, señala Elizabeth Gonzalez: “Fuimos un paso más allá y pudimos ver cómo se distribuía la materia oscura, tanto en las regiones internas como externas. También comparamos la forma de los halos de los cúmulos con más y menos galaxias, que serían cúmulos más y menos masivos, y los que están más cerca y más lejos”. Y, agrega: “Estos resultados nos permitieron hacernos nuevas preguntas y desarrollar nuevos proyectos, en los que estamos trabajando”.

“Algunos de los resultados no se corresponden con lo que se esperaría con el modelo de universo más usado actualmente. Nuestra idea, ahora, es tratar de entender si eso es simplemente el hecho de que no tenemos demasiada precisión o si es un fenómeno realmente físico. A raíz de eso, estamos realizando algunos estudios en simulaciones, y, además, está la posibilidad de rehacer este estudio con datos aún más precisos y con un volumen mayor. Son dos nuevas direcciones y las dos implican varias apuestas interesantes”, explica Martín Makler.

Diego García Lambas, quien, además de participar en el proyecto, es director del IATE y posee una vasta experiencia en los estudios de las grandes estructuras del universo, concluye en que “continuar con estos proyectos es fundamental porque la forma de los halos de materia oscura es un test cosmológico extraordinario. Además, si bien otros estudios se centran en la masa de los cúmulos, el entender la forma de los halos que contienen estos cúmulos nos da muchísima información, porque también se relaciona con la manera en la cual se originan y evolucionan estos sistemas.”

Publicación científica

Measuring the surface mass density ellipticity of redMaPPer galaxy clusters using weak-lensing Autores | Elizabeth J. Gonzalez, Martín Makler, Diego García Lambas, Martín Chalela, Maria E. S. Pereira, Ludovic Van Waerbeke, HuanYuan Shan, Thomas Erben