La luz intracumular que ilumina la materia oscura en los cúmulos galácticos

El canibalismo galáctico, la interacción entre galaxias enanas y galaxias, expulsa muchas estrellas hacia el medio intergaláctico. La formación jerárquica de los cúmulos galácticos por interacción entre galaxias de diferentes escalas da lugar a gran número de estrellas en el medio intracumular, se estima que entre el 5% y el 20% del total. Estas estrellas que no están ligadas a galaxias emiten la luz intracumular (ICL). Mireia Montes y Nacho Trujillo proponen usarla para explorar la distribución de materia oscura intracumular. Para validar el método han comparado sus resultados con los obtenidos con el método de lentes gravitacionales débiles. El resultado es espectacular y podría ofrecer un método luminoso para explorar de forma indirecta la materia oscura (que en rigor es materia transparente a la luz).

La clave del método de validación es la comparación entre los mapas obtenidos con la nueva técnica y los ya conocidos. Mireia y Nacho han usado un método que se usa en el reconocimiento de imágenes: la distancia de Hausdorff modificada para comparar curvas cerradas. La distancia de Hausdorff es el máximo de todas las distancias mínimas entre cada punto de una curva con respecto a todos los puntos de la otra curva; en símbolos matemáticos, HD(X,Y) = max(d(X,Y), d(Y, X)), donde d(X,Y) = maxX minY ||x − y||. Un valor pequeño de esta distancia entre dos curvas indica que son muy parecidas entre sí. Para los seis cúmulos usados por Mireia y Nacho sus resultados son muy prometedores. Por supuesto, futuros estudios de validación con una población más grande son necesarios para que la nueva técnica acabe formando parte de las herramientas que usan todos los astrofísicos y cosmólogos.

El artículo es Mireia Montes, Ignacio Trujillo, “Intracluster light: a luminous tracer for dark matter in clusters of galaxies,” Submitted to MNRAS, arXiv:1807.11488 [astro-ph.GA]. Recomiendo escuchar al propio Nacho discutiendo este trabajo en el episodio 175 del Podcast Coffee Break: Señal y Ruido, “Ep175”, CB: S&R, 10 Ago 2018. Más información divulgativa en Emily Conover, “A faint glow found between galaxies could be a beacon for dark matter. Intracluster light may help reveal how the mysterious particles behave,” Science News, 10 Aug 2018.

Los cúmulos galácticos emiten rayos X debido a la radiación térmica de tipo bremsstrahlung del gas ionizado intracumular. Los mapas de masa obtenidos gracias a los rayos X muestran la distribución de la masa bariónica intracumular. En muchos cúmulos hay una correlación entre la distribución de la materia bariónica y de la materia oscura. Sin embargo, como muestra la comparación entre los mapas obtenidos con rayos X y con luz intracumular, hay cúmulos en los que hay grandes diferencias. Más aún, la comparación con los mapas de lentes gravitacionales débiles apunta a que estos últimos muestran la distribución de masa total del cúmulo, que está dominada por la materia oscura, y que la diferencia con los primeros permite diferenciar entre la distribución de masas oscura y bariónica. Si el nuevo método se valida de forma independiente, la luz intracumular acabará iluminando la materia oscura intracumular y ofreciendo nuevas pruebas en contra de las teorías de gravitación modificada (que suelen predecir una distribución similar entre la materia oscura y la bariónica).

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