Académico PUCV integra equipo internacional de investigadores que logró medir masa de cúmulos de galaxias ultra distantes
El investigador del Instituto de Física de la Pontificia Universidad Católica de Valparaíso, Dr. Cristóbal Sifón, quien hace un par de meses participó de una investigación que dio un nuevo giro al debate sobre la edad del universo, hoy entrega una excelente noticia a la ciencia nacional, al asumir un rol preponderante en un inédito estudio sobre cúmulos de galaxias en los confines del Universo.
02.11.20
Un equipo de más de 60 investigadores vinculados al Telescopio Cosmológico de Atacama (ACT, por sus iniciales en inglés), ubicado en el desierto del mismo nombre, realizó un trabajo científico colaborativo que permitió, por primera vez, medir la masa de cúmulos de galaxias ultra-distantes usando una nueva técnica que involucra la luz más antigua del Universo, la radiación del Fondo Cósmico de Microondas (CMB, por sus iniciales en inglés).
El equipo, encabezado por el académico chileno de la PUCV Cristóbal Sifón y los investigadores Mathew Madhavacheril del Instituto Perimeter (Canadá) y Nick Battaglia de la Universidad de Cornell (EE.UU.), logró inferir la masa típica de los cúmulos a través de un modelo teórico. El artículo “The Atacama Cosmology Telescope: Weighing Distant Clusters with the Most Ancient Light”, que describe el análisis y los resultados de esta investigación, fue publicado el pasado 29 de Octubre en la prestigiosa revista The Astrophysical Journal Letters.
En esta misma línea, es importante señalar que la masa en cúmulos de galaxias - uno de los componentes clave para explicar la estructura e historia de nuestro Universo - es particularmente difícil de medir. Toda la materia visible, como estrellas, planetas, polvo, agujeros negros, y gas, son sólo una pequeña fracción de la masa total de un cúmulo de galaxias. La mayoría proviene de la “materia oscura”, un misterioso componente que actúa como materia pero no puede ser observado directamente.
Asimismo, es relevante tener presente que para medir la masa de cúmulos de galaxias, los astrónomos usan una técnica llamada “lente gravitacional”, que les permite observar indirectamente la masa, incluyendo la materia oscura, a través de su efecto en la materia luminosa. La gravedad desvía la luz: a mayor masa, mayor distorsión. Desde la década de 1980, los astrónomos han medido la masa de cúmulos de galaxias a partir de las pequeñas distorsiones creadas en las imágenes de cientos de miles de galaxias detrás de éstos.
Desde esta perspectiva, el investigador PUCV, Dr. Cristóbal Sifón, junto a Mathew Madhavacheril y Nick Battaglia, compartieron la visión de que esta técnica se vuelve realmente difícil, a medida que se consideran cúmulos más lejanos. La explicación de esto, se sustenta en que existe un número considerablemente menor de galaxias detrás de ellos.
“Por el contrario, el CMB, que es la luz más antigua que podemos ver, es una luz de fondo para todos los cúmulos del Universo”, detalló el investigador principal del artículo, Mathew Madhavacheril.
En este descubrimiento del equipo ACT, participaron también científicos de primera línea de todo el mundo, entre los que se encuentran investigadores teóricos, especialistas en análisis de los datos y expertos en la calibración de instrumentos y equipos instalados en el telescopio. Al respecto, la naturaleza colaborativa del trabajo realizado, permitió obtener mediciones representativas de las masas de cúmulos de galaxias cuando el Universo era mucho más joven, a partir de una luz que se originó mucho antes que se formaran las primeras galaxias.
Como explica Sifón, “gracias a la diversidad de investigadores que trabajamos en ACT, tenemos un experimento muy versátil. Hace algunas semanas mostrábamos nuestros resultados respecto de la tasa de expansión del Universo y ahora podemos caracterizar la masa de algunos de los cúmulos más distantes que conocemos.”
El Fondo Cósmico de Microondas fue creado cuando el Universo tenía sólo unos 380.000 años de edad, cientos de millones de años antes que se formaran las primeras estrellas y galaxias. Aunque se ve distinto hoy de lo que era entonces, el CMB está en todas partes en el Universo moderno. Su ubicuidad y uniformidad hacen posible observar diminutas distorsiones causadas por lente gravitacional de cúmulos de galaxias distantes. De esta forma, los patrones distorsionados en el CMB permiten a los investigadores inferir la masa de estos cúmulos de galaxias.
Los investigadores mostraron que esta técnica permite extender las mediciones para muestras representativas de cúmulos en el Universo a distancias mayores. Experimentos tradicionales, que miden el efecto en las imágenes de galaxias detrás de los cúmulos, requieren de los telescopios más poderosos, como el ‘Telescopio Espacial Hubble’, para alcanzar tales distancias. En este último, los astrónomos suelen usar el limitado tiempo disponible para estudiar sólo los cúmulos más masivos, centrándose en las detecciones seguras de este efecto.
En cambio, gracias a que ACT ha observado prácticamente la mitad del cielo desde el norte de Chile, estos investigadores han logrado usar esta misma técnica para medir las propiedades, en promedio, de cúmulos de galaxias más típicos.
“Estamos viendo el Universo cuando tenía menos de la mitad de la edad que tiene hoy. Caracterizar cúmulos de galaxias típicos de estas etapas tan tempranas del Universo es crucial para entender cómo se han formado las estructuras que vemos hoy en día”, explicó Sifón. “Los cúmulos más masivos observados por ejemplo con Hubble ofrecen una vista muy sesgada del Universo en esa época, lo que hace más difícil interpretar los resultados en un contexto cosmológico”.
Por su parte, Madhavacheril, destacó: “Si eliges los cúmulos más masivos en una muestra para hacer tus mediciones de lente gravitacional, los resultados no son representativos. Sin embargo, con un experimento de CMB que cubre la mitad del cielo, no necesitamos hacer esta selección a mano. Tenemos datos para todos los cúmulos, sin importar qué tan masivos son, de manera que nuestras mediciones son más representativas”.
Las galaxias y los cúmulos de galaxias crecen con el tiempo, a medida que atraen masa de regiones cercanas, así como a través de colisiones y fusiones con otros objetos. Poder analizar estos cúmulos más distantes, más jóvenes y menos masivos, no sólo revela nuevos detalles sobre la estructura del universo antiguo, sino también ayuda a los científicos a entender mejor cómo evolucionó el Universo desde entonces hasta ahora.
En este contexto, los investigadores ACT coinciden en que mapear la materia invisible y medir las masas de cúmulos de galaxias en el tiempo, serán pasos claves para descifrar por qué la expansión del Universo se está acelerando.
Por Marcelo Vásquez, periodista VRIEA PUCV / marcelo.vasquez@pucv.cl
Imágenes: https://www.jpl.nasa.gov/spaceimages/details.php?id=pia20052