Rectificar es de sabios: La materia oscura no autointeracciona en el cúmulo Abell 3827

Dibujo20180422 Map total mass cluster abell 3827 using lenstool arxiv 1708 04245

Una de las grandes noticias en materia oscura del año 2015 fue la observación de “la interacción de la materia oscura en el cúmulo galáctico Abell 3827″ (LCMF, 15 Abr 2015). La posición de la materia oscura y la materia bariónica aparecían separadas en al menos una de las cuatro galaxias, fenómeno explicable con una autointeracción de la materia oscura, según las simulaciones numéricas. Los mismos autores de este espectacular resultado, obtenido gracias a HST (NASA) y VLT (ESO), publican ahora que estaban equivocados. Nuevas observaciones con ALMA (ESO) y MUSE (VLT) del efecto de lente gravitacional del cúmulo, analizadas con LENSTOOL y GRALE, muestran que la materia oscura y la materia bariónica no están separadas en las cuatro galaxias, luego se descarta que Abell 3827 sea la primera prueba firme de que la materia oscura autointeracciona. El resultado previo era debido a errores sistemáticos en el análisis del efecto de lente gravitacional.

Rectificar es de sabios. Ya había muchos indicios de que la autointeracción observada en el cúmulo Abell 3827 podría ser ficticia, pues era demasiado grande para ser compatible con los experimentos de búsqueda directa de la materia oscura. Por supuesto, aún no está dicha la última palabra. El nuevo análisis indica que la posición inferida de la materia oscura en las galaxias N1, N2, N3 y N4 no muestra ninguna desviación estadísticamente significativa con la posición de sus estrellas; sin embargo, la incertidumbre en el caso de las galaxias N2, N3 y N4 es más alta que para N1, con lo que se requieren futuras observaciones para estar seguros por completo del nuevo resultado. Aún así, lo más relevante es que el nuevo resultado apunta a que la materia oscura no interacciona consigo misma, o si lo hace, no es medible en este cúmulo.

El nuevo artículo es Richard Massey, David Harvey, …, Eric Tittley, “Dark matter dynamics in Abell 3827: new data consistent with standard Cold Dark Matter,” Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS) 477: 669–677 (2018), doi: 10.1093/mnras/sty630, arXiv:1708.04245 [astro-ph.CO], siendo el anterior Richard Massey, Liliya Williams, …, Eric Tittley, “The behaviour of dark matter associated with 4 bright cluster galaxies in the 10kpc core of Abell 3827,” MNRAS 449: 3393–3406 (2015), doi: 10.1093/mnras/stv467, arXiv:1504.03388 [astro-ph.CO].

Dibujo20180422 hst alma muse vlt abell 3827 arxiv 1708 04245

El núcleo del cúmulo Abell 3827 se comporta como una lente gravitacional fuerte. En su campo se muestran cuatro galaxias elípticas de similar brillo (N1–N4) en un radio de 10 kpc. Además se observan siete imágenes lenticuladas de la misma galaxia elíptica de fondo; magnificadas por el efecto de lente gravitacional se observa su núcleo rojizo y sus brazos espirales azulados. Las observaciones con espectroscopia de campo integrado gracias a ALMA (Atacama Large Millimetre Array) se realizaron en octubre de 2016 durante 5,2 horas. La galaxia de fondo con z=1,24 se observa en la línea de emisión de 230,5 GHz, transición CO(2-1), desplazada al rojo hasta 102,8 GHz.

Dibujo20180422 ALMA detection CO emission lensed spiral arxiv 1708 04245

Las observaciones con espectroscopia de campo integrado gracias a MUSE (Multi-Unit Spectroscopic Explorer) en el VLT (Very Large Telescope) de ESO se realizaron en junio de 2016 durante 4 horas. Sus resultados se combinaron con los obtenidos con anterioridad por HST y VLT. La galaxia de fondo es visible en el doblete de líneas de emisión [Oii] λ 3726,8 y 3729,2, desplazado al rojo a 835,5 nm.

La distribución de masas en esta lente gravitacional fuerte se ha inferido usando dos algoritmos independientes: LENSTOOL v6.8.1 y GRALE. En el primero se ha modelado la lente como una distribución de masa elíptica pseudoisotérmica (PIEMD) más cuatro galaxias brillantes con masa oscura y estelar descritas por una distribución potencial sesgada pseudoisotérmica (PISP). En el segundo se ha modelado mediante una malla de unas 1300 esferas de Plummer en una región de 5000×5000 centrada en el cúmulo; usando algoritmos genéticos se ha optimizado la distribución de estas esferas para reproducir el efecto de lente gravitacional observado. Se ha ejecutado 20 veces esta algoritmo, usando semillas aleatorias, y se han producido un total de 26786 esferas de Plummer optimizadas, a partir de las cuales se inferido la distribución de masa.

Dibujo20180422 results gravitatoinal lensing arxiv 1708 04245

Los resultados de LENSTOOL y GRALE son coherentes entre sí y ajustan mucho mejor las observaciones que los publicados en 2015. LENSTOOL observa un desplazamiento entre la materia oscura y la materia estelar para la galaxia N1 con solo dos sigmas de significación estadística (mucho menor que las 3,4 sigmas estimadas en 2015); más aún, al combinar este resultado con el de GRALE se obtiene un resultado consistente con la ausencia de este desplazamiento (cuyo origen parecen ser errores sistemáticos). Para las galaxias N2, N3 y N4 los resultados muestran una mayor dispersión, pero son consistentes con la posibilidad de que no haya ningún desplazamiento entre la materia oscura y la estelar. Se estima que la materia oscura en estas cuatro galaxias es de 1,47+0,16−0,19, 1,54+0,24−0,31, 2,44+0,14−0,31, y 2,26+0,16−0,32 billones de masas solares, y la del halo completo en la escala del cúmulo de 2,79+0,53−0.56 cientos de billones de masas solares.

Dibujo20180422 comparison 2015 vs 2017 results arxiv 1708 04245

En conclusión, el nuevo resultado obliga a olvidar el cúmulo galáctico Abell 3827 como uno de los paradigmas en el campo de la materia oscura. Ya no es el mejor ejemplo astrofísico de que la materia oscura autointeracciona. Sin embargo, la búsqueda de esta hipotética autointeracción en otros cúmulos galácticos continúa.


6 Comentarios

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Jose Luis GarcíaJose Luis García

Como siempre, muy buen artículo. Debemos rectificar.
Muchas gracias Francis.

AlbertAlbert

Me uno a darle las gracias por tan interesante artículo don Francisco, :)
Saludos.

sudamerican rocker

¿que autointeracciona? ¿que no autointeracciona? ¡ambos resultados igual de sorprendentes! A la espera de la definición. Disculpen la ignorancia, pero ¿porqué se busca en “cúmulos” y no en galaxias? Eso pues,

Francisco R. Villatoro

Sudamerican rocker, porque en galaxias es imposible de observar el fenómeno. Ssolo se observa la materia oscura en el halo de la galaxia, lejos del centro galáctico, que es donde los efectos de la autointeracción deberían ser relevantes. En cúmulos en los que haya galaxias con un halo separado de la materia visible se espera que sean observables los efectos de la autointeracción (en parte responsables de dicha separación).

Alvaro VerdionAlvaro Verdion

No dice que autointeraccione, sino que esa investigación no demuestra ni que si ni que no.

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