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El mayor cúmulo galáctico hace dudar sobre la materia oscura

«El Gordo», el mayor cúmulo de galaxias conocido, se formó por una colisión entre otros dos clústeres galácticos, a una velocidad que se sitúa en el límite de lo permitido por la teoría actual de la materia oscura. Por eso, ahora, el científico Tom Broadhurst, de la UPV/EHU, que ha estudiado a fondo El Gordo, cuestiona dicha teoría. Recientemente, también se descubrió que las partículas de esta materia interactúan menos con otras partículas de materia oscura de lo que se pensaba.

El mayor cúmulo galáctico hace dudar sobre la materia oscura

Tom Broadhurst, investigador Ikerbasque en el Departamento de Física Teórica de la Universidad del País Vasco (UPV/EHU), y Sandor Molnar, de la Universidad Nacional de Taiwan e investigador visitante de Ikerbasque en la UPV/EHU en 2013, han llevado a cabo una simulación que explica la colisión entre dos clústeres o cúmulos de galaxias, que son los objetos más grandes que hay en el universo. Se trata de colecciones de cientos de miles de galaxias unidas por la gravedad.

En general, estos clústeres crecen en tamaño fusionándose entre ellos. Así es como llegan a ser cada vez más y más grandes. Las fuerzas gravitacionales hacen que los cúmulos se unan lentamente, a pesar de la expansión del universo.

«El Gordo» desafía a la materia oscura

Uno de estos sistemas, llamado «El Gordo», es el mayor cúmulo de galaxias conocido (fue descubierto en 2012). Se formó por la colisión de dos grandes cúmulos y 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, dicha 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 es lo que ha permitido establecer la velocidad relativa de la colisión, que es extrema (unos 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, ya que en la realidad no se han detectado tales partículas aún, a pesar de los esfuerzos que se están llevando a cabo para buscarlas tanto mediante el acelerador LHC (Large Hadron Collider Particle) de Ginebra como desde el LUX (Large Underground Xenon Experiment , detector subterráneo de la materia oscura de los Estados Unidos-.

Habrá que buscar otro modelo

En opinión de Tom Broadhurst, «es más importante que nunca encontrar un nuevo modelo que posibilite una mejor comprensión de la misteriosa materia oscura», publica la UPV/EHU en un comunicado. 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, que puede observarse en la región de rayos X del espectro visible por su temperatura extremadamente alta (100 millones de kelvin).

Los doctores Broadhurst y Molnar han conseguido obtener una solución computacional única para esta colisión debido 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.

Aciertos y fallos

La existencia de la materia oscura ha sido inferida por los astrónomos por sus efectos en los objetos visibles del universo, pues su gravedad condiciona a los sistemas y objetos celestes que sí vemos. En realidad, esta elusiva materia aún no se ha podido obervar. Por eso se barajan diversas teorías sobre ella.

Los datos cosmológicos que van surgiendo pueden cambiar o confirmar estas hipótesis. Por ejemplo, últimamente se ha descubierto que las partículas de esta materia interactúan menos con otras partículas de materia oscura; algo que contradice lo que hasta ahora se pensaba. También que, como se había predicho teóricamente, las galaxias se forman donde hay más concentración de materia oscura, y por tanto más fuerza de gravedad.

Referencias bibliográficas:

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

Hsi-Yu Schive, Tzihong Chiueh, Tom Broadhurst. Cosmic structure as the quantum interference of a coherent dark wave. Nature Physics (2014). DOI: 10.1038/nphys2996.            
 

RedacciónT21

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