Los científicos compararon las simulaciones de luz intracluster (izquierda) con imágenes tomadas con un telescopio (derecha). La simulación ayuda a sacar la luz dentro del grupo, visible como la bruma de la izquierda. Crédito: Imagen izquierda: Jesse Golden-Marx; simulación de The IllustrisTNG. Imagen de la derecha: Dark Energy Survey y Yuanyuan Zhang
Dark Energy Survey encuentra nueva evidencia de una forma emergente de medir la materia oscura
Los científicos pueden haber encontrado otra forma de medir la distribución de la materia oscura. En un hallazgo sorprendente, los físicos del Dark Energy Survey anunciaron nueva evidencia sobre el vínculo entre la materia clara y oscura.
El estudio se centró en la luz intracluster, un tipo de luz tenue que se encuentra dentro de los cúmulos de galaxias. Los científicos piensan que esta luz puede proporcionar una nueva forma de medir la materia oscura, una forma misteriosa de materia que es invisible para los telescopios, pero que se cree que explica la gran mayoría de la materia en el universo. En qué consiste la materia oscura se erige como uno de los mayores misterios de la cosmología moderna.
“El mero hecho de medir la luz intracluster en sí es bastante emocionante. La parte de la materia oscura es una ventaja ”, dijo Yuanyuan Zhang, astrofísico del Instituto Kavli de Física Cosmológica y del Laboratorio Acelerador Nacional Fermi, quien dirigió los estudios.
Ella notó que pudieron encontrar la correlación gracias a la enorme cantidad de datos que tenían de la Encuesta de Energía Oscura alojada en Fermilab, un esfuerzo internacional para mapear el cielo y comprender la estructura cósmica. Desde que concluyeron las observaciones en 2019, los científicos han estado estudiando detenidamente los datos que recopilaron en busca de patrones.
Este equipo de investigación se centró inicialmente en medir la luz intragrupos. Durante mucho tiempo se ha sospechado que la luz intralúster posiblemente sea un componente importante de los cúmulos de galaxias, pero su tenue hace que sea difícil de medir. Nadie sabe cuánto hay o en qué medida se ha extendido a través de los cúmulos de galaxias. Su fuente parece ser estrellas rebeldes, aquellas que no están unidas gravitacionalmente a ninguna galaxia.
La mayoría de los astrofísicos miden la luz intracluster en el centro de un cúmulo de galaxias, donde es más brillante y abundante. “Nos alejamos mucho de los centros de los cúmulos de galaxias, donde la luz es realmente débil”, dijo Zhang.
Las observaciones sugirieron que la luz intracluster refleja tanto la masa total de un cúmulo de galaxias como posiblemente también la distribución de la materia oscura.
La materia oscura representa la mayor parte de la materia en el universo, pero es invisible para los telescopios, por lo que los científicos solo saben que difiere mucho de la materia normal que consiste en los protones, neutrones y electrones que dominan la vida cotidiana. Solo sabemos que está ahí debido a los efectos gravitacionales que tiene sobre las cosas que lata mira, como estrellas y galaxias.
El equipo utilizó una técnica de este tipo, llamada lente gravitacional débil, para mapear la distribución de la masa de un cúmulo de galaxias, incluida su materia oscura. Luego lo compararon con la distribución radial de la luz dentro del grupo, es decir, cómo cambia a medida que se aleja del centro de un grupo.
El instrumento principal de Dark Energy Survey, la Cámara de Energía Oscura de 570 megapíxeles, está montada en el Telescopio Blanco en Chile. Crédito: DOE / LBNL / DECam / R. Hahn / CTIO / NOIRLab / NSF / AURA
“Observacionalmente, confirmamos que la luz intracluster es un buen trazador radial de materia oscura. Eso significa que donde la luz dentro del grupo es relativamente brillante, la materia oscura es relativamente densa ”, dijo Zhang.
“No esperábamos encontrar una conexión tan estrecha entre estas distribuciones radiales, pero lo hicimos”, dijo el científico Hillysson Sampaio-Santos, autor principal del nuevo artículo.
Comparación de observaciones con simulaciones
Para obtener más información, el equipo utilizó una simulación por computadora sofisticada para estudiar la relación entre la materia clara y oscura dentro de un grupo. Curiosamente, encontraron que los perfiles radiales entre los dos fenómenos en la simulación no estaban de acuerdo con los datos de observación. En la simulación, “el perfil radial de luz intragrupo fue no el mejor componente para rastrear la materia oscura ”, dijo Sampaio-Santos, quien trabaja en el Observatorio Nacional en Río de Janeiro, Brasil.
Zhang señaló que es demasiado pronto para decir exactamente qué causó el conflicto entre la observación y la simulación.
“Si la simulación no salió bien, podría significar que la luz intracluster simulada se produce en un momento ligeramente diferente al de las observaciones. Las estrellas simuladas no tuvieron tiempo suficiente para deambular y comenzar a rastrear la materia oscura ”, dijo.
Sampaio-Santos señaló que estudios adicionales podrían proporcionar información sobre la dinámica que ocurre dentro de los cúmulos de galaxias, incluidas las interacciones que liberan gravitacionalmente algunas de sus estrellas, lo que les permite deambular.
“Estoy planeando estudiar la luz intragrupo y los efectos de la relajación”, o extenderme, dijo. Por ejemplo, algunos grupos se han fusionado. Estos clústeres fusionados deben tener diferentes propiedades de luz dentro del clúster en comparación con los clústeres que están relajados.
Mejora de señales en conjuntos de datos ruidosos
La luz intracluster que midió el equipo es de cien a mil veces más débil de lo que normalmente intentan los científicos de Dark Energy Survey. Eso significa que el equipo tuvo que lidiar con mucho ruido y contaminación en la señal.
El aspecto técnico de la hazaña fue un desafío, dijo Zhang, “pero debido a que teníamos bastantes datos del Dark Energy Survey, pudimos cancelar una gran cantidad de ruido para hacer este tipo de medición. Es un promedio estadístico “.
Para obtener una imagen más amplia y reducir el ruido, el equipo de Dark Energy Survey promedió estadísticamente unos 300 cúmulos de galaxias en el primer estudio y más de 500 cúmulos en el segundo. Todos ellos están a un par de miles de millones de años luz de la Tierra.
Provocar la señal del ruido de cada grupo requiere una gran cantidad de datos. Afortunadamente, eso es exactamente lo que recopiló el Dark Energy Survey.
Nadie sabe cuánta luz dentro de un grupo hay o hasta qué punto se ha extendido a través de los grupos de galaxias.
Las mediciones de luz intragrupos sondean grupos que se encuentran hasta a 3.300 millones de años luz de la Tierra. En estudios futuros, a Zhang le gustaría estudiar la evolución del corrimiento al rojo de la luz intragrupo: cómo cambia con el tiempo cósmico.
“Mi sueño es llegar hasta el corrimiento al rojo de uno, 10 mil millones de años luz”, dijo Zhang. “Los estudios dicen que es entonces cuando la luz intragrupo acaba de comenzar a evolucionar”.
Llegar tan lejos permitiría a los científicos ver la construcción de luces dentro del grupo a lo largo del tiempo.
“Pero eso es realmente difícil porque es tres veces más lejos que la distancia de nuestras últimas mediciones, por lo que todo será extremadamente débil allí”, dijo.
Dark Energy Survey es una colaboración de más de 300 científicos de 25 instituciones en seis países.
Lea Intracluster Light may Provide una nueva forma de medir la materia oscura para obtener más información sobre este descubrimiento.
Referencias:
“¿Es la luz difusa intragrupo un buen trazador de la distribución de materia del cúmulo de galaxias?” de H Sampaio-Santos, Y Zhang, RLC Ogando, T Shin, Jesse B Golden-Marx, B Yanny, K Herner, M Hilton, A Choi, M Gatti, D Gruen, B Hoyle, MM Rau, J De Vicente, J Zuntz, TMC Abbott, M Aguena, S Allam, J Annis, S Avila, E Bertin, D Brooks, DL Burke, M Carrasco Kind, J Carretero, C Chang, M Costanzi, LN da Costa, HT Diehl, P Doel, S Everett, AE Evrard, B Flaugher, P Fosalba, J Frieman, J García-Bellido, E Gaztanaga, DW Gerdes, RA Gruendl, J Gschwend, G Gutierrez, SR Hinton, DL Hollowood, K Honscheid, DJ James, M Jarvis, T Jeltema, K Kuehn, N Kuropatkin, O Lahav, MAG Maia, M March, JL Marshall, R Miquel, A Palmese, F Paz-Chinchón, AA Plazas, E Sanchez, B Santiago, V Scarpine, M Schubnell, M Smith, E Suchyta, G Tarle, DL Tucker, TN Varga, RH Wechsler, (DES Collaboration), 26 de noviembre de 2020, Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society.
DOI: 10.1093 / mnras / staa3680
“Resultados del año 1 de la encuesta de energía oscura: detección de luz intralústica en corrimiento al rojo ~ 0.25” por Y. Zhang, B. Yanny, A. Palmese, D. Gruen, C. To, ES Rykoff, Y. Leung, C. Collins, M . Hilton, TMC Abbott, J. Annis, S. Avila, E. Bertin, D. Brooks, DL Burke, A. Carnero Rosell, M. Carrasco Kind, J. Carretero, CE Cunha, CB D’Andrea, LN da Costa , J. De Vicente, S. Desai, HT Diehl, JP Dietrich, P. Doel, A. Drlica-Wagner, TF Eifler, AE Evrard, B. Flaugher, P. Fosalba, J. Frieman, J. García-Bellido, E. Gaztanaga, DW Gerdes, RA Gruendl, J. Gschwend, G. Gutierrez, WG Hartley, DL Hollowood, K. Honscheid, B. Hoyle, DJ James, T. Jeltema, K. Kuehn, N. Kuropatkin, TS Li, M. Lima, MAG Maia, M. March, JL Marshall, P. Melchior, F. Menanteau, CJ Miller, R. Miquel, JJ Mohr, RLC Ogando, AA Plazas, AK Romer, E. Sanchez, V. Scarpine, M . Schubnell, S. Serrano, I. Sevilla-Noarbe, M. Smith, M. Soares-Santos, F. Sobreira, E. Suchyta, MEC Swanson, G. Tarle, D. Thomas, W. Wester (DES Collaboration), 4 de abril de 2019, El diario astrofísico.
DOI: 10.3847 / 1538-4357 / ab0dfd
Financiamiento para los proyectos de la encuesta Dark Energy: Departamento de Energía de EE. UU., Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU., Ministerio de Ciencia y Educación de España, Consejo de Instalaciones de Ciencia y Tecnología del Reino Unido, Consejo de Financiamiento de la Educación Superior de Inglaterra, Centro Nacional para Aplicaciones de Supercomputación en la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, el Instituto Kavli de Física Cosmológica en el Universidad de Chicago, Autoridad de Financiamiento de Estudios y Proyectos en Brasil, Fundación Carlos Chagas Filho de Apoyo a la Investigación del Estado de Río de Janeiro, Consejo Nacional Brasileño para el Desarrollo Científico y Tecnológico y el Ministerio de Ciencia, Tecnología e Innovación, la Fundación Alemana de Investigación y los colaboradores instituciones en la Dark Energy Survey.
Source: SciTechDaily by scitechdaily.com.
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