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Clasicos

El Cúmulo Bala: Evidencia irrefutable de la materia oscura

Título: A Direct Empirical Proof of the Existence of Dark Matter
Autores: D. Clowe, M Bradač, A. H. Gonzalez et al.
Institución del primer autor: University of Arizona
Estado: Aceptado en ApJ, Septiembre 2006
Astrobitos original:  

Es el año de la cosmología de precisión. El modelo aceptado de cosmología, LCDM  (Lambda-Cold Dark Matter) o Lambda Materia Oscura Fría, y las predicciones teóricas y observaciones, están trazando un Universo de forma plana – o casi plana – lleno con Materia Oscura y Energía Oscura.

Desde 1937 se sabe que las galaxias son demasiado masivas para estar llenas sólo de materia bariónica, por lo que los astrónomos han propuesto el modelo de Materia Oscura Fría. En este modelo, las partículas de materia oscura se mueven lentamente en comparación a la luz, e interactúan gravitacionalmente entre ellas muy raramente. Las curvas de rotación de las galaxias requieren que el 85% de su masa sea oscura. Además, mediciones independientes de la radiación de fondo de microondas (CMB por sus siglas en inglés) y los mapas en 3 dimensiones de estructuras en el universo implican que hay mucha más masa de la que podemos observar a través de interacciones electromagnéticas. El artículo de hoy es un paper clásico que mira otra de estas observaciones indirectas, las cuales respaldaron nuestras teorías sobre lo que creemos es materia no-bariónica.

El mayor desafío de las observaciones de materia oscura indirecta ha sido la coincidencia en el espacio de ésta con la materia bariónica, es decir, en la mayoría de los modelos que nos ayudaron a inferir la existencia de la materia oscura, ambas (materia oscura y bariónica) se encontraban en el mismo lugar. Un sistema en el que éstas estuvieran segregadas espacialmente era lo ideal para un estudio. ¿Dónde encontramos algo así? ¡Quizá la Figura 1 nos puede ayudar!

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Fig 1. Una colisión entre dos galaxias, vistas con el telescopio espacial Hubble. Éstos son unos de los eventos más dinámicos jamás vistos en el cosmos. Crédito: NASA.

Los choques o colisiones de galaxias son de los eventos más violentos en el Universo. Las galaxias están hechas de aproximadamente 2% estrellas, 5-15% gas y plasma, y el resto es materia oscura (al menos, hipotéticamente). Durante estas colisiones las estrellas raramente chocan, el gas y el plasma interactúan a través de la gravedad y fricción electromagnética, y se cree que la materia oscura no colisiona, y atraviesa a altas velocidades (~4000-5000 km/s). Una vez que la fusión está sucediendo (en un período por sobre unos millones de años), se ve un resultado interesante. El Cúmulo Bala, descubierto en 1998, es el ejemplo típico de esto.

En el año 2006, los autores de este artículo, presentan tres conjuntos de mediciones, las que demuestran que los eventos descritos en el párrafo anterior fueron observados en el Cúmulo Bala. El plasma galáctico emite radiación en los rayos X (llamada Bremsstrahlung, medida usando el telescopio espacial Chandra). Las estrellas emiten luz infrarroja y óptica (medidas con Hubble y el telescopio Magallanes). Por consiguiente, la mayoría de estas colisiones se pueden trazar espacialmente. ¿Y qué pasa con la materia oscura?

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Fig 2. a) Imágenes ópticas tomadas con el telescopio Magallanes. Los contornos verdes representan la distribución espacial de mas obtenida con lentes gravitaciones. b) Los mismos contornos son graficados sobre la imagen tomada por Chandra en rayos-, que traza el plasma caliente en una galaxia. Se puede ver que la mayoría de la materia reside en un lugar diferente que el plasma (el cual sufrió muchas interacciones de fricción durante el choqué y se ralentizó).

El efecto de lentes gravitacionales producido por el Cúmulo Bala, nos muestra las galaxias que están detrás de éste, y con ellas se puede estimar la masa del cúmulo que corresponde espacialmente a él**. Usando estas mediciones, el estudio concluye que el centro espacial de la concentración de materia oscura estaba segregado del centro espacial de los de los bariones observados. Estadísticamente, el estudió señaló que existía sólo una posibilidad en 100 billones de que esta separación fuera una coincidencia. En otras palabras, están muy seguros de que lo que vemos es materia oscura y bariónica interactuando de forma diferente durante una colisión.

Han habido otras explicaciones alternativas propuestas para el fenómeno de lentes gravitaciones producidos por este cúmulo, pero ninguna de ellas ha obtenido resultados estadísticamente cercanos a los ofrecidos por este grupo de la presencia de una concentración masiva de materia oscura. Tampoco han sido capaces de recrear la forma que tendría la materia oscura en el modelo LCDM. Estas alternativas no explican todas las observaciones que nos inclinan hacia LCDM, lo que es un gran problema. Por ello, es seguro decir que el modelo de materia fría oscura llegó para quedarse.

**Nota del Traductor: El efecto de lentes gravitacionales distorsiona la forma y magnifica el brillo de las galaxias detrás del cúmulo debido a la gravedad de la materia que constituye el cúmulo. Estudiando esas galaxias se puede determinar la distribución total de materia.

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