Un método para pesar las cantidades de materia en los cúmulos de galaxias, los objetos más grandes de nuestro universo, ha mostrado un equilibrio entre las cantidades de gas caliente, estrellas y otros materiales.

Los resultados son los primeros en utilizar datos de observación para medir este equilibrio, que se teorizó hace 20 años, y proporcionará una nueva visión de la relación entre la materia ordinaria que emite luz y materia oscura, y sobre cómo se expande nuestro universo.

Los cúmulos de galaxias son los objetos más grandes del universo, cada uno compuesto por alrededor de 1, 000 galaxias masivas. Contienen grandes cantidades de materia oscura, junto con gas caliente y "materia ordinaria más fría, "como las estrellas y el gas más frío.

En un nuevo estudio, publicado en Comunicaciones de la naturaleza , un equipo internacional dirigido por astrofísicos de la Universidad de Michigan en los EE. UU. y la Universidad de Birmingham en el Reino Unido utilizó datos del Local Cluster Subtructure Survey (LoCuSS) para medir las conexiones entre los tres componentes de masa principales que comprenden los cúmulos de galaxias:la materia oscura , gas caliente, y estrellas.

Los miembros del equipo de investigación habían pasado 12 años recopilando datos, que abarcan un factor de 10 millones en longitud de onda, utilizando los satélites Chandra y XMM-Newton, la encuesta ROSAT All-sky, Telescopio Subaru, Telescopio infrarrojo del Reino Unido (UKIRT), Telescopio Mayall, la matriz Sunyaev Zeldovich, y el satélite Planck. Utilizando sofisticados modelos estadísticos y algoritmos construidos por el Dr. Arya Farahi durante sus estudios de doctorado en la Universidad de Michigan, el equipo pudo concluir que la suma de gas y estrellas en los cúmulos que estudiaron es una fracción casi fija de la masa de materia oscura. . Esto significa que a medida que se forman las estrellas, la cantidad de gas caliente disponible disminuirá proporcionalmente

"Esto valida las predicciones de la teoría de la materia oscura fría predominante. Todo es consistente con nuestra comprensión actual del universo, "dijo el Dr. Farahi, actualmente es un becario postdoctoral McWilliams en el Departamento de Física de la Universidad Carnegie Mellon.

Dr. Graham Smith de la Escuela de Física y Astronomía de la Universidad de Birmingham e Investigador Principal de LoCuSS, dice:"Una cierta cantidad de material dentro del universo colapsa para formar cúmulos de galaxias.

"Pero una vez que se forman, estos grupos son 'cajas cerradas'. El gas caliente ha formado estrellas, o aún permanece como gas, pero la cantidad total permanece constante ".

"Esta investigación está impulsada por más de una década de inversiones en telescopios, "añade el profesor August E. Evrard, de la Universidad de Michigan. "Con estos datos de alta calidad, pudimos caracterizar 41 cúmulos de galaxias cercanas y encontrar una relación especial, comportamiento específicamente anti-correlacionado entre la masa en estrellas y la masa en gas caliente. Esto es significativo porque estas dos medidas juntas nos dan la mejor indicación de la masa total del sistema ".

Los hallazgos serán cruciales para los esfuerzos de los astrónomos por medir las propiedades del universo en su conjunto. Al obtener una mejor comprensión de la física interna de los cúmulos de galaxias, los investigadores podrán comprender mejor el comportamiento de la energía oscura y los procesos detrás de la expansión del universo.

"Los cúmulos de galaxias son intrínsecamente fascinantes, pero en muchos sentidos siguen siendo objetos misteriosos, ", agrega el Dr. Smith." Desmarcar la compleja astrofísica que gobierna estos objetos abrirá muchas puertas a una comprensión más amplia del universo. Esencialmente, si queremos poder afirmar que entendemos cómo funciona el universo, necesitamos entender los cúmulos de galaxias ".

Los datos del tipo estudiado por el equipo crecerán en varios órdenes de magnitud en las próximas décadas gracias a telescopios de próxima generación como el Large Synoptic Survey Telescope (LSST), que actualmente se encuentra en construcción en Chile. y e-ROSITA, un nuevo satélite de rayos X. Ambos comenzarán las observaciones a principios de la década de 2020.

"Estas mediciones están sentando las bases para una ciencia precisa con cúmulos de galaxias, "dice el profesor Alexis Finoguenov, miembro del equipo de la Universidad de Helsinki.