El análisis del supercúmulo «El Gordo» limita qué puede ser la materia oscura

Investigación UPV/EHU

ACT-CL J0102−4915

Tom Broadhurst, investigador Ikerbasque en el Departamento de Física Teórica de la UPV/EHU, junto a Sandor Molnar de la Universidad Nacional de Taiwan han llevado a cabo una simulación que explica la colisión entre dos cúmulos de galaxias. Los cúmulos de galaxias son los objetos más grandes que hay en el universo. Se trata de colecciones de cientos de miles de galaxias unidas por la gravedad. Los resultados descartarían que la materia oscura esté constituida por partículas pesadas.

En general, los cúmulos de galaxias crecen en tamaño mediante la fusión entre sí para llegar a ser más y más grandes. Las fuerzas gravitacionales hacen que se unan lentamente en el tiempo a pesar de la expansión del universo. El sistema que se conoce como «El Gordo»(ACT-CL J0102-4915), el mayor cúmulo de galaxias conocido, es a su vez fruto de la colisión de dos grandes cúmulos. Fue detectado por el gas denso y caliente que desprende en el proceso de la colisión, un gas que llega a ser comprimido y brilla en la región de rayos X del espectro visible.

En el espectro de Rayos X, esta nube de gas posee forma de cometa, con dos largas colas que se extienden entre los densos núcleos de los dos grupos de galaxias. Esta configuración distintiva ha permitido establecer la velocidad relativa de la colisión, que es extrema (~2.200 kilometros/segundo), ya que se sitúa en el límite de lo permitido por la teoría actual de la materia oscura.

Estos ejemplos raros y extremos de los cúmulos atrapados en el acto de colisionarse parecen estar desafiando la visión aceptada de que la materia oscura está hecha de partículas pesadas. A día de hoy aún no se han detectado estas partículas, a pesar de los esfuerzos que se están llevando a cabo para buscarlas tanto mediante el acelerador LHC (Large Hadron Collider) en Ginebra como desde el LUX (Large Underground Xenon Experiment ), detector subterráneo de la materia oscura en los Estados Unidos. En opinión de Tom Broadhurst, «es más importante que nunca encontrar un nuevo modelo que posibilite una mejor comprensión de la misteriosa materia oscura». Broadhurst es uno de los autores de un modelo de onda de materia oscura, publicado en la revista Nature Physics el año pasado.

Esta nueva investigación ha consistido en interpretar el gas observado y la materia oscura de El Gordo de forma «hidrodinámica» mediante el desarrollo de un modelo computacional propio que incluye la materia oscura, la cual comprende la mayor parte de la masa. El gas puede observarse en la región de rayos X del espectro por su temperatura extremadamente alta (100 millones de kelvin).

Broadhurst y Molnar han conseguido obtener una solución computacional única para esta colisión gracias a la forma de cometa del gas caliente, y a las ubicaciones y las masas de los dos núcleos de materia oscura que se han atravesado el uno al otro en un ángulo oblicuo a una velocidad relativa de unos 2.200 km/s. Esto significa que la liberación total de energía es superior a la de cualquier otro fenómeno conocido, con la excepción del Big Bang.

Referencia:

Molnar, SM and Broadhurst, T. (2015) Hydrodynamical Solution for the «Twin-Tailed» Colliding Galaxy Cluster «El Gordo» Astrophysical Journal DOI: 10.1088/0004-637X/800/1/37

Edición realizada por César Tomé López a partir de materiales suministrados por UPV/EHU Komunikazioa

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