Es una ironía cósmica:las cosas más importantes del universo también pueden ser las más difíciles de encontrar.

Elizabeth Blanton, un profesor asociado de astronomía de la Universidad de Boston, comenzó a buscar cúmulos de galaxias distantes hace más de 20 años. Un solo cúmulo de galaxias puede ser tan masivo como un billón de soles, sin embargo, los cúmulos lejanos son tan débiles que son prácticamente invisibles para todos, excepto para los telescopios terrestres más grandes. Los cúmulos distantes contienen partes de la historia de cómo surgió por primera vez la estructura en forma de red del universo y podría ayudar a iluminar la verdadera naturaleza de la energía oscura y la materia oscura. Ahora, La búsqueda de su equipo está dando su mayor rendimiento hasta ahora:un catálogo de alrededor de 200 cúmulos de galaxias candidatos que, si se confirma, puede incluir algunos de los cúmulos más distantes jamás encontrados. Los nuevos resultados, que será una herramienta útil para los astrónomos de todo el mundo, fueron publicados en el 26 de julio, 2017, edición de la Diario astrofísico por un equipo que incluye a Rachel Paterno-Mahler (GRS'15), Candidato a doctorado Emmet Golden-Marx (GRS'16, '19), Gagandeep Anand (GRS'17), Joshua Wing (GRS'07, '13), y colegas de la Universidad de Missouri-Kansas City y el Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica.

Los cúmulos de galaxias pueden contener miles de galaxias y muchos billones de estrellas, y eso es justo lo que los astrónomos pueden ver con telescopios ordinarios. El gas caliente entre las galaxias brilla con rayos X, y los astrónomos sospechan que más del 85 por ciento de la masa de cada cúmulo está oculta en forma de materia oscura. Mapeado en tres dimensiones, el universo es una red de filamentos brillantes y vacíos oscuros, con cúmulos de galaxias que ocupan los puntos donde se cruzan los filamentos.

Entretejidos en esta red cósmica hay pistas sobre dos grandes misterios cósmicos:materia oscura, la materia invisible que impregna las galaxias y los espacios entre ellas, y energía oscura, que está impulsando la expansión acelerada del universo. Juntos, la materia oscura y la energía oscura constituyen alrededor del 95 por ciento de nuestro universo, los científicos sospechan, pero los astrofísicos conocen la existencia de la materia oscura y la energía oscura solo indirectamente, por su influencia en las estrellas y galaxias que iluminan el cielo.

El nuevo caché de candidatos a cúmulos de galaxias distantes puede ayudar a los investigadores a precisar las propiedades de la materia oscura y la energía oscura. dice Paterno-Mahler, primer autor del nuevo artículo, uno de una serie próxima del equipo de Blanton. "Los cúmulos de galaxias son realmente buenos bancos de pruebas para aprender sobre los parámetros cosmológicos de nuestro universo, como cuánta energía oscura hay y cuánta materia oscura hay ".

Al comparar clústeres lejanos con sus contrapartes locales, los investigadores también pueden elaborar un calendario de cómo se formaron y crecieron los cúmulos de galaxias. Eso es porque la luz de los cúmulos más distantes tuvo que viajar miles de millones de años antes de llegar a la Tierra. para que los astrónomos vean esos cúmulos como eran hace mucho tiempo. "Si queremos aprender cómo se forman y evolucionan los cúmulos, las estructuras colapsadas más masivas del universo, necesitamos estudiarlos en un rango de distancias, yendo todo el camino de regreso, "dice el coautor Mark Brodwin, profesor asistente de física y astronomía en la Universidad de Missouri-Kansas City. Y debido a que los cúmulos de galaxias dan a los astrónomos acceso a una gran muestra de galaxias que son similares en edad, también proporcionan un laboratorio en el que estudiar cómo han cambiado las galaxias individuales a lo largo del tiempo. "Tienes un montón de galaxias en la misma época, juntos en el espacio, para comparar con galaxias más cercanas, "dice Blanton.

Pero cuanto más lejos está un cúmulo de galaxias de la Tierra, cuanto más débil parece. Los telescopios ópticos tradicionales deben mirar fijamente un solo punto en el cielo durante mucho tiempo para recolectar suficiente luz para revelar un cúmulo distante. y vigilar todo el cielo de esta manera es un tiempo prohibitivo. Entonces, para crear el nuevo catálogo, Blanton y su equipo examinaron los datos archivados en busca de pistas sobre dónde podrían estar los clústeres, y luego siguió con observaciones telescópicas específicas. Su búsqueda apodado COBRA (Clústeres ocupados por Bent Radio AGN, o núcleos galácticos activos), fue apoyado por subvenciones de la National Science Foundation y la NASA.

Su rastro de pistas comienza con el hecho de que casi todas las grandes galaxias tienen un agujero negro supermasivo en su centro. Estos agujeros negros son comedores notoriamente desordenados, y cuando están de fiesta, parte del polvo y el gas que se hunden hacia adentro se salpican en enormes chorros en espiral. Estos chorros pueden estirar el ancho de la galaxia y más allá, y producen un rugido de ondas de radio que los astrónomos pueden captar con radiotelescopios en la Tierra. Si la galaxia también pasa a través del gas caliente del cúmulo (o si el gas pasa por la galaxia), los chorros se flexionan en una característica forma de "C", "como tu cabello al viento, "dice Blanton. Esta forma de" C "es la primera pista de un posible cúmulo.

El equipo de Blanton estudió minuciosamente los estudios del cielo existentes y encontró casi 2, 000 de estos peculiares objetos. Entonces Wing, como parte de su trabajo de tesis, comparó esos cúmulos sospechosos con imágenes de luz visual de los archivos del Sloan Digital Sky Survey. Los candidatos más emocionantes, dice Blanton, son aquellos para los que las imágenes de Sloan se ven oscuras, insinuando que la señal de radio podría provenir de un grupo tan distante que el telescopio Sloan Survey no puede verlo en absoluto.

Con las posibilidades reducidas aún más, luego usaron el telescopio espacial Spitzer para concentrarse en alrededor de 650 posibles cúmulos, uno a uno. (Spitzer es más sensible a la luz infrarroja, radiación que no puede ser vista por el ojo humano pero que es ideal para observar galaxias distantes). Con la ayuda de una computadora, contaron el número de galaxias en cada cuadro de Spitzer y lo compararon con el número típico de galaxias en un área comparable del cielo. Un número inusualmente alto de galaxias, llamado "sobredensidad", sugiere un cúmulo de galaxias.

Una sobredensidad no es una prueba definitiva de un cúmulo de galaxias, aunque. "Estás viendo una imagen 2-D de una distribución 3-D de objetos, "explica Blanton." Algunos de ellos podrían estar en primer plano, o en segundo plano. "Estos" efectos de proyección "pueden crear la ilusión de un grupo donde no existe realmente. El siguiente paso del grupo, en marcha ahora, es medir la distancia a cada galaxia en el cúmulo aparente para confirmar que la agrupación es real, no es una ilusión óptica.

Golden-Marx ya está determinando distancias a algunas de las galaxias utilizando el Telescopio Discovery Channel de 4,3 metros, donde BU es una institución asociada, y Blanton espera asegurar tiempo en el telescopio espacial Hubble y uno de los telescopios gemelos Keck de 10 metros en Hawái para obtener mediciones aún más precisas. Una vez confirmadas las distancias, el equipo podrá ordenar correctamente los clústeres por edad y también confirmar si su catálogo realmente incluye los clústeres más distantes encontrados hasta ahora.