Astrónomos han localizado un grupo denso de galaxias muy masivo, con un poderoso campo gravitatorio cuyos efectos se extienden a distancias muy lejanas, mucho mayores de lo predicho por los modelos.
El estudio sobre PSZ2 G099.86 + 58.45, publicado recientemente en la revista Nature Astronomy y que cuestiona los modelos actuales de formación de estructuras en el universo, se basa en datos obtenidos con el Gran Telescopio Canarias y entre sus autores se encuentra un equipo de investigadores del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC).
La estructura del universo se puede comparar con la de una esponja, a menudo referida como la red cósmica. La materia se concentra a lo largo de filamentos que se cruzan entre sí, formando zonas donde se acumula la mayor parte de la materia y otros donde hay muy poca. En los puntos más densos, las galaxias se agrupan formando conglomerados. Estos sistemas, que pueden contener miles de galaxias, son las estructuras más masivas del universo.
Estudiar la red cósmica es uno de los desafíos actuales en astrofísica. Las propiedades de los componentes principales de la materia en estas escalas no son bien conocidas, por lo que usamos términos como "materia oscura" y "energía oscura". El primero representa alrededor del 20 por ciento de la masa del universo y es lo que mantiene las estructuras atado por su propia gravedad, actúa un poco como pegamento.
El segundo, por otro lado, constituye el 75 por ciento del universo y está relacionado con la forma en que se expande el universo. La materia "normal", las galaxias con sus estrellas, gas y polvo, constituyen apenas el 5 por ciento de la masa del universo, pero juegan un papel importante en el rastreo de las fuerzas y las propiedades de la materia oscura y las energías oscuras.
En la nueva investigación, el equipo internacional dirigido por Mauro Sereno de la Universidad de Bolonia (Italia), con la participación del IAC y el Instituto de Astrofísica ha localizado uno de los cúmulos de galaxias más densos del universo
El estudio analiza, por primera vez, las zonas exteriores del cúmulo de galaxias PSZ2 G099.86 + 58.45 a un radio de 90 millones de años luz, una región en la que la distribución de la materia no se conocía previamente, ni si el material de estas zonas están unidas por la gravedad del cúmulo.
El entorno de los cúmulos de galaxias incluye otras estructuras como los filamentos y otros cúmulos vecinos, y el material que está cayendo hacia el cúmulo central más masivo. "Este estudio muestra que la densidad de materia alrededor del cúmulo que estudiamos es hasta seis veces mayor de lo esperado", dice Mauro Sereno, el investigador principal. Además, los investigadores han descubierto que los mecanismos que acrecen la masa pueden dar lugar a densidades muy altas, incluso a grandes distancias de estos cúmulos de galaxias.
El trabajo se basa en el efecto de "lente gravitacional", que ocurre cuando la masa de un cúmulo y su material circundante dobla la luz desde galaxias muy distantes, cambiando las formas de las imágenes de estas galaxias de fondo. Cuanto más denso y concentrado es el cuerpo que actúa como lente, mayor es la deformación de las galaxias de fondo.
El estudio estadístico de las deformaciones de más de 150.000 galaxias de fondo a través del llamado efecto de "lente débil" usando imágenes profundas obtenidas con el CFHT (Telescopio Canadá-Francia-Hawai) ha permitido al equipo encontrar la distribución, masa y densidad alrededor el clúster PSZ2 G099.86 + 58.45. Los resultados muestran que este cúmulo es una rara excepción, que no encaja bien con los modelos de formación de estructuras. Esto implica que debe haber mecanismos para acrecer la materia que sean mucho más eficientes que los que conocemos.
Aunque los modelos dan buenos ajustes a la densidad de la materia en las regiones interiores de los cúmulos de galaxias a una distancia de 15 a 20 millones de años luz, en las regiones exteriores, los modelos necesitan un componente adicional para ajustarse a los datos observados.
"Este componente de la masa es completamente desconocido, y las simulaciones numéricas de los cúmulos de galaxias no lo predicen", explica Rafael Barrena, un investigador de IAC, uno de los autores del artículo publicado en Nature Astronomy. "Así que nos enfrentamos con evidencia observacional para grandes cantidades de materia donde no esperábamos encontrarla ".
El grupo IAC que participa en esta publicación ha realizado observaciones espectroscópicas de una muestra de galaxias que forman parte del clúster PSZ2 G099.86 + 58.45 utilizando el espectrógrafo OSIRIS multiobjeto en el Gran Telescopio Canarias (GTC) en el Observatorio Roque de los Muchachos ( Garafía, La Palma). Al medir las velocidades de los movimientos de las galaxias en el grupo, es posible medir su masa total.
Como un problema práctico, esto es equivalente a medir la masa del sol al usar las velocidades de los planetas en sus órbitas. Usando este método, han logrado medir la masa total del cúmulo. Los resultados confirman que PSZ2 G099.86 + 58.45 es un grupo denso de galaxias muy masivo, y que los efectos de su poderoso campo gravitatorio se extienden a distancias muy alejadas de su centro, mucho mayores de lo que predicen los modelos.
"Hemos producido un estudio que abre la puerta a una región del universo que ha sido explorada de manera insuficiente hasta ahora, el límite entre los cúmulos de galaxias", dijo.