La vaca Margarita y la densidad del universo

¿Saben qué le ocurre a la luz cuando pasa próxima a una gran masa? La luz modifica su trayectoria en un fenómeno que viene explicado por la teoría de la relatividad de Albert Einstein. Esta gran masa puede ser, por ejemplo, un cúmulo de galaxias, y es tal su magnitud que la luz al pasar por los alrededores de este objeto, se desvía. Entonces, eso de que la luz siempre se propara en línea recta es falso.

Sé que es difícil de imaginar, pero para que lo comprendan mejor les voy a presentar a Margarita, la vaca esférica de la que hablé en Principia hace unos meses que mide 1 metro de diámetro y tiene 500 kilos de masa. Cuando Margarita va a jugar a su cama elástica del tamaño de un campo de fútbol, se hunde provocando un efecto embudo. Se lo imaginan, ¿verdad? Imaginen ahora que un rayo de luz viene dado por una madeja que va rodando por la cama elástica dejando un rastro de hilo como si fuera el rayo de luz propiamente dicho.

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Margarita, la vaca esférica || Créditos: Principia/Julieta Gutnisky.

Cuando la madeja pasa cerca de Margarita, la trayectoria se modifica y el hilo, que representa el rayo de luz al fin y al cabo, habría modificado ligeramente su trayectoria. ¿Comprenden el efecto que se produce? Ahora tal vez se pregunten: ¿Y esto para qué sirve? Tranquilos que se lo explico: cuando detrás de una de estas grandes masas hay otro objeto, no lo podemos ver, pero gracias a estos desvíos de la luz, podemos obtener una serie de imágenes descompuestas que tras analizar el cúmulo de galaxias o el objeto que produce los cambios de trayectoria de la luz, podremos reconstruir el objeto y verlo en su forma real.

¿Pero saben lo que ocurre? Cuando se ven los efectos de la lente gravitatoria, que así se llama este efecto del cambio de trayectoria de la luz, éstos corresponden a una masa mayor de la que realmente existe. ¿Dónde está esa masa que falta? Queridos lectores: les presento a la materia oscura, esto es, materia de la que se aprecian sus efectos pero con los instrumentos de los que disponemos actualmente no la podemos detectar de forma directa, tan solo la apreciamos de manera indirecta a través de estas lentes gravitatorias.

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Esquema de cómo se produce una lente gravitatoria || Créditos: STScI/NASA.

Una variante de esta lente gravitatoria se conoce como “cosmic shear”, que podría traducirse como “esquilado cósmico” o como “lente gravitatoria débil”, donde el efecto de la curvatura de luz es mucho más sutil. En este caso, los objetos lente no son cúmulos de galaxias sino grandes estructuras del cosmos, que dejan en mantillas a estos cúmulos galácticos.

Un equipo internacional de científicos se ha encargado de analizar estos “cosmics shear” mediante las imágenes obtenidas en el sondeo KiDS (Kilo Degree Survey), llevado a cabo con el VST (VLT Survey Telescope) ubicado en el observatorio Cerro Paranal (Chile). Este sondeo abarca una superficie celeste de algo más del 1% del cielo y aunque les pueda parecer poco, es un total de 450 grados cuadrados o, hablando en cristiano, una superficie equivalente a 2.200 veces el tamaño de la Luna llena. Los resultados de estos análisis han sido publicados en un artículo científico (H. Hildebrandt et al., 2016).

This map of dark matter in the Universe was obtained from data from the KiDS survey, using the VLT Survey Telescope at ESO’s Paranal Observatory in Chile. It reveals an expansive web of dense (light) and empty (dark) regions. This image is one out of five patches of the sky observed by KiDS. Here the invisible dark matter is seen rendered in pink, covering an area of sky around 280 times the size of the full moon. This image reconstruction was made by analysing the light collected from over two million distant galaxies more than 6 billion light-years away. The observed galaxy images were warped by the gravitational pull of dark matter as the light travelled through the Universe. Some small dark regions, with sharp boundaries, appear in this image. They are the locations of bright stars and other nearby objects that get in the way of the observations of more distant galaxies and are hence masked out in these maps as no weak-lensing signal can be measured in these areas.

Mapa de materia oscura obtenido por el sondeo KiDS || Créditos: Kilo-Degree Survey Collaboration/H. Hildebrandt & B. Giblin/ESO.

Lo curioso de estos nuevos resultados es que contradicen los obtenidos a raíz de las investigaciones de la sonda Planck de la Agencia Espacial Europea, ya que un parámetro que indica los cambios de densidad con respecto a la densidad media del universo, es significativamente menor en el caso de KiDS que el obtenido por la sonda europea, lo que indicaría que la materia oscura del universo está distribuida más uniformemente de lo que se pensaba.

Futuras misiones como Euclid o el telescopio LSST (Large Synoptic Survey Telescope) permitirán volver a realizar estas observaciones de un modo más preciso, lo que permitirá confirmar estos valores clave para comprender la materia oscura y la evolución del universo desde sus primeros momentos, o por el contrario, descartarlos y reconfirmar los aportados por la sonda Planck.

Referencias:
– H. Hildebrandt et al (2016). “KiDS-450: Cosmological parameter constraints from tomographic weak gravitational lensing“. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, arXiv:1606.05338.
Dark Matter May be Smoother than Expected.
La materia oscura podría ser más uniforme de lo que se pensaba.
La vaca esférica y el agujero negro.

Imagen de cabecera:
– Lente gravitatoria que, de manera caprichosa, tiene forma de cara (Imagen completa).

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