Materia Oscura

Materia oscura uniforme?

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La materia oscura podría ser más uniforme de lo que se pensaba
Un detallado estudio de una amplia zona del cielo, captada por el VST, ofrece intrigantes resultados
7 de Diciembre de 2016


Tras analizar los datos de un nuevo e inmenso sondeo de galaxias con el telescopio de rastreo del VLT de ESO, en Chile, los resultados sugieren que la materia oscura puede ser menos densa y estar distribuida de forma más uniforme en el espacio de lo que se pensaba. Un equipo internacional ha utilizado los datos del sondeo KiDS (Kilo Degree Survey) para estudiar cómo la luz de unos quince millones de galaxias distantes se ve afectada por la influencia gravitacional de la materia en las escalas más grandes del universo. Los resultados parecen estar en desacuerdo con los anteriores resultados del satélite Planck.

Hendrik Hildebrandt, del Instituto Argelander de Astronomía, en Bonn (Alemania) y Massimo Viola, del Observatorio de Leiden (Países Bajos) han dirigido a un equipo de astrónomos [1] de instituciones de todo el mundo que han procesado imágenes del sondeo KiDS (Kilo Degree Survey), realizado con el VST (VLT Survey Telescope) de ESO, en Chile. Para su análisis, utilizaron imágenes del sondeo de cinco zonas del cielo que cubrían un área total de alrededor de 2.200 veces el tamaño de la Luna llena [2] y que contiene unos quince millones de galaxias.

Explotando la excelente calidad de imagen de la que disfruta el VST en Paranal, y utilizando innovadores programas informáticos, el equipo fue capaz de llevar a cabo una de las mediciones más precisas jamás realizadas de un efecto conocido como “esquilado cósmico” (en inglés, cosmic shear). Se trata de una variante sutil de la lente gravitacional débil, en la que la luz emitida por galaxias lejanas es ligeramente deformada por el efecto gravitacional de grandes cantidades de materia, tales como cúmulos de galaxias.

En ese “esquilado cósmico”, no son los cúmulos de galaxias, sino las estructuras a gran escala del universo las que deforman la luz, que produce un efecto aún más pequeño. Se necesitan sondeos muy anchos y profundos, como KiDS, para garantizar que la débil señal del “esquilado cósmico” sea lo suficientemente fuerte como para ser medida y los astrónomos puedan utilizarla para mapear la distribución de la materia gravitante. Este estudio se ha hecho con el área total de cielo más grande jamás mapeada con esta técnica.

Curiosamente, los resultados de sus análisis parecen ser incompatibles con las deducciones de los resultados del satélite Planck de la Agencia Espacial Europea, una misión espacial cuyo objetivo fue estudiar las propiedades fundamentales del universo. En particular, las medidas del equipo de KiDS de cuán grumosa es la materia en todo el universo — un parámetro cosmológico fundamental — es significativamente menor que el valor derivado de los datos de Planck [3].

Massimo Viola, explica: “este último resultado indica que la materia oscura de la red cósmica, que representa una cuarta parte del contenido del universo, es menos grumosa de lo que previamente creíamos”.

La materia oscura sigue siendo esquiva en su detección, su presencia sólo se deduce a partir de sus efectos gravitatorios. Actualmente, este tipo de estudios son la mejor herramienta para determinar la forma, escala y distribución de esta materia invisible.

El resultado sorpresa de este estudio también tiene implicaciones para la comprensión del universo en toda su amplitud y para entender cómo ha evolucionado durante sus casi 14.000 millones de años de historia. Un resultado de este tipo, aparentemente en desacuerdo con los resultados previamente establecidos por Planck, significa que ahora los astrónomos tendrán que reformular su comprensión de algunos aspectos fundamentales del desarrollo del universo.

Para Hendrik Hildebrandt, “nuestros hallazgos ayudarán a refinar nuestros modelos teóricos sobre cómo ha crecido el universo desde sus inicios hasta la actualidad”.

El análisis de KiDS de los datos del VST es un paso importante, pero se espera que los futuros telescopios hagan sondeos incluso más amplios y profundos del cielo.

La colíder del estudio, Catherine Heymans, de la Universidad de Edimburgo (Reino Unido), añade: “Desvelar lo que ha ocurrido desde el Big Bang es un reto complejo, pero si seguimos estudiando los cielos distantes podremos construir una imagen de cómo ha evolucionado nuestro universo actual”.

“Por el momento, vemos una discrepancia interesante con la cosmología de Planck. Las futuras misiones, como el satélite Euclides y el telescopio LSST (Large Synoptic Survey Telescope), nos permitirán repetir estas mediciones y comprender mejor qué es lo que realmente nos está diciendo el universo”, concluye Konrad Kuijken (Observatorio de Leiden, Países Bajos), investigador principal del sondeo KiDS.
Notas
[1] El equipo internacional de investigadores de KiDS incluye a científicos de Alemania, Países Bajos, Reino Unido, Australia, Italia, Malta y Canadá.

[2] Esto corresponde a cerca de 450 grados cuadrados o un poco más del 1% de todo el cielo.

[3] El parámetro medido se llama S8. Su valor es una combinación del tamaño de las fluctuaciones de densidad y la densidad media de una sección del universo. Las fluctuaciones grandes en partes del universo con densidades más bajas tienen un efecto similar al de pequeñas fluctuaciones de amplitud en las regiones más densas y no se pueden distinguir unas de otras a través de observaciones de lente gravitacional débil. El 8 se refiere a un tamaño de celda de 8 megapársecs, utilizado por convención en este tipo de estudios.

Fuente: http://www.eso.org/public/spain/news/eso1642/?lang

Un perfil de materia oscura

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Una supercomputadora obtiene un perfil de la materia oscura
3/11/2016 de DESY / Nature

Title The calculated distribution of dark matter

Este conjunto de imágenes muestra la distribución de la materia oscura, obtenida con una simulación por computadora, a redshift z~2, o cuando el Universo solo tenia 3 mil millones de años de edad. El panel izquierdo muestra la distribución continua de las partículas de materia oscura. El central es una vista simplificada de la compleja estructura de la materia oscura según el llamado modelo de halo. El panel derecho resalta los halos de materia oscura (en amarillo) que representan los lugares cósmicos más eficientes para la formación de las galaxias. Crédito: The Virgo Consortium/Alexandre Amblard/ESA.

 

En la búsqueda de la misteriosa materia oscura, los físicos han utilizado complicados cálculos por computadora para obtener un perfil de las partículas de esta clase desconocida de materia. Para conseguirlo, los científicos han calculado una extensión del exitoso modelo estándar de la física de partículas, lo que les ha permitido, entre otras cosas, predecir la masa de los llamados axiones, candidatos prometedores a ser la materia oscura.

“La materia oscura es una forma invisible de materia que hasta ahora solo se ha revelado por sus efectos gravitatorios. De qué está hecha sigue siendo un completo misterio”, explica el coautor del estudio, el Dr. Andreas Ringwald. La prueba de la existencia de esta forma de materia procede, entre otros, de la observación de las galaxias, que giran demasiado rápido para mantenerse unidas solo por la atracción gravitatoria de la materia visible. Medidas de alta precisión tomadas con el satélite europeo Planck demuestran que casi el 85 por ciento de la masa total del Universo consiste en materia oscura. Todas las estrellas, planetas, nebulosas y otros objetos del espacio que están hechos de materia convencional no suman más del 15 por ciento de la materia del Universo.

La forma de materia desconocida puede consistir de pocas partículas pero muy pesadas, o de un gran número de partículas ligeras. Una serie de consideraciones físicas hacen que unas partículas extremadamente ligeras, llamadas axiones, sean candidatas muy prometedoras. La existencia de los axiones es predicha por una extensión de la cromodinámica cuántica (QCD), la teoría cuántica que gobierna la interacción fuerte, responsable de la fuerza nuclear.

Los resultados demuestran, entre otras cosas, que si los axiones constituyen la mayor parte de la materia oscura, deberían de tener una masa entre los 50 y los 1500 micro electronvolts, es decir, ser hasta diez mil millones de veces más ligeros que los electrones. Esto exigiría que cada centímetro cúbico del Universo contenga en promedio diez millones de dichas partículas ultraligeras. Pero la materia oscura no está distribuida uniformemente en el Universo, sino que forma concentraciones y ramificaciones en una red que se parece a una tela de araña. Debido a esto, nuestra región local de la Vía Láctea debería de contener cerca de un billón de axiones por centímetro cúbico.

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Actualizado ( Jueves, 03 de Noviembre de 2016 10:11 )  http://observatori.uv.es/index.php?option=com_content&view=article&id=7912%3Auna-supercomputadora-obtiene-un-perfil-de-la-materia-oscura&catid=52%3Anoticosmos&Itemid=74&lang=es

Un probable origen de la materia oscura

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Los púlsares de milisegundos, origen probable de la señal de materia oscura en el centro galáctico
5/2/2016 de Univerity of Amsterdam / Physical Review Letters

Gamma ray picture of the Milky Way, as seen by the NASA Fermi satellite. Inserts: two independent statistical analyses showed that the distribution of photons is clumpy rather than smooth, indicating that the excess gamma rays from the centre of our galaxy are unlikely to be caused by dark matter annihilation. (Image: Christoph Weniger, UvA, © UvA/Princeton)

Imagen de la Vía Láctea en rayos gamma, observada por el satélite Fermi. Recuadros: dos análisis estadísticos independientes demuestran que la distribución de fotones es grumosa y no suave, indicando que el exceso de rayos gamma del centro de nuestra galaxia probablemente no es causada por la aniquilación de materia oscura. Crédito: Christoph Weniger, UvA, © UvA/Princeton.

 

El sorprendente exceso de rayos gamma procedentes del centro de la Vía Láctea probablemente tiene su origen en estrellas de neutrones que giran rápidamente, llamadas púlsares de milisegundos, y no en la aniquilación de materia oscura como se había anunciado anteriormente. Esta es la conclusión alcanzada de los análisis de datos nuevos realizados por dos equipos independientes de investigadores de la Universidad de Amsterdam (UvA) y de la Universidad de Princeton con el Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT).

En 2009 observaciones llevadas a cabo con el Fermi Large Area Telescope revelaron un exceso de fotones de alta energía (o rayos gamma) de alrededor de 2 gigaelectronvolt en el centro de nuestra Galaxia. Durante mucho tiempo se especuló que este exceso de rayos gamma podía ser una señal de la aniquilación de materia oscura. Si fuese verdad, se trataría de un descubrimiento crucial en física fundamental y un gran avance en la comprensión de los componentes de la materia del universo.

Sin embargo en años recientes han surgido muchas otras hipótesis sugiriendo que el exceso de rayos gamma podría tener un origen más ordinario. Ahora nuevos análisis estadísticos de los datos de  Fermi llevados acabo por el Dr Christoph Weniger, profesor de UvA y por un equipo de investigadores de Princeton/MIT sugieren que el exceso de emisión tiene su origen realmente en fuentes puntuales. Los científicos concluyen que los mejores candidatos son púlsares de milisegundos.

Los púlsares de milisegundos, o estrellas de neutrones que giran rápidamente, se formaron con frecuencia hace miles de millones de años. Se cuentan entre los objetos más extremos de la Galaxia. Una población de cientos o miles de estos púlsares de milisegundos puede estar escondida en el centro galáctico, evitando ser detectada a causa de la sensibilidad de la instrumentación de que disponemos actualmente. Las futuras exploraciones en radio con telescopios ya existentes y otros que serán construidos en el futuro (Green Bank Telescope, Square Kilometre Array) podrán comprobar esta hipótesis en los próximos años.

En sus análisis, los equipos de UvA y de Princeton/MIT utilizaron cada uno una técnica estadística diferente, ‘ruído no poissoniano’ y ‘transformación con wavelets’ para analizar los datos de Fermi. Lo que encontraron es que la distribución de fotones era grumosa y no suave, indicando que es poco probable que los rayos gamma fueran producidos por colisiones entre partículas de materia oscura, que producirían una emisión más uniforme.

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Actualizado ( Viernes, 05 de Febrero de 2016 10:44 )  http://observatori.uv.es/index.php?option=com_content&view=article&id=7174%3Alos-pulsares-de-milisegundos-origen-probable-de-la-senal-de-materia-oscura-en-el-centro-galactico&catid=52%3Anoticosmos&Itemid=74&lang=es

Cúmulos de galaxias y materia oscura

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Los cúmulos de galaxias revelan datos nuevos acerca de la materia oscura
26/1/2016 de JPL / Physical Review Letters

 

This comparison of galaxy clusters from the Sloan Digital Sky Survey DR8 galaxy catalog shows a spread-out cluster (left) and a more densely-packed cluster (right). A new study shows that these differences are related to the surrounding dark-matter environment. Credit: Sloan Digital Sky Survey

 

Esta comparación de cúmulos de galaxias del catálogo de galaxias DR 8 del  Sloan Digital Sky Survey muestra un cúmulo disperso (izquierda) y otro más compacto (derecha). Un nuevo estudio demuestra que esas diferencias están relacionadas con el ambiente de materia oscura en el que se encuentran. Crédito: Sloan Digital Sky Survey.

 

La materia oscura es un fenómeno cósmico misterioso que da cuenta del 27 por ciento de toda la materia y la energía. Aunque la materia oscura está por todas partes a nuestro alrededor, no podemos verla ni sentirla. Pero los científicos pueden inferir la presencia de materia oscura viendo cómo se comporta la materia normal que la rodea.

Los cúmulos de galaxias, que reúnen miles de galaxias, son importantes para la exploración de la materia oscura porque residen en una región donde esta materia es mucho más densa que el promedio. Los científicos creen que cuanto más masivo es un cúmulo, más materia oscura posee. Pero una nueva investigación sugiere que la conexión es más complicada que eso.

Hironao Miyatake, del JPL de NASA y sus colaboradores, sugieren que la estructura interna de un cúmulo de galaxias está relacionada con la materia oscura que tiene a su alrededor. Se trata de la primera vez que se ha demostrado que hay una propiedad distinta de la masa del cúmulo que está también relacionada con la materia oscura.

Los investigadores estudiaron aproximadamente 9000 cúmulos de galaxias del catálogo de galaxias DR 8 del Sloan Digital Sky Survey, dividiéndolos en dos grupos según su estructura interna: uno en el que las galaxias individuales estaban más esparcidas dentro del cúmulo y otro en el que están más juntas entre sí.  Los científicos emplearon la técnica de lente gravitatoria – observando cómo la gravedad de los cúmulos desvía la luz de otros objetos más lejanos- para confirmar que ambos grupos tenían masa similares.
Al compararlos, los investigadores descubrieron una diferencia importante en la distribución de las galaxias. Normalmente los cúmulo de galaxias están separados de otros cúmulos unos 100 millones de años luz, en promedio. Pero en el caso del grupo de cúmulos con galaxias más juntas había menos cúmulos vecinos a esa distancia que en el caso de los cúmulos más dispersos.  “Esta diferencia es resultado de los diferentes ambientes de materia oscura en que se formaron los grupos de cúmulos. Nuestros resultados indican que la conexión entre un cúmulo de galaxias y la materia oscura que lo rodea no se caracteriza sólo por la masa del cúmulo sino también por la historia de su formación”, añade Miyatake.

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Actualizado:  http://observatori.uv.es/index.php?option=com_content&view=article&id=7136%3Alos-cumulos-de-galaxias-revelan-datos-nuevos-acerca-de-la-materia-oscura&catid=52%3Anoticosmos&Itemid=74&lang=es

Del detector de materia oscura

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Nuevos resultados del detector de materia oscura más sensible del mundo
15/12/2015 de Berkeley Lab / Physical Review Letters

A view inside the LUX detector. (Photo by Matthew Kapust/Sanford Underground Research Facility)

Fotografía del interior del detector LUX. Crédito:  Matthew Kapust/Sanford Underground Research Facility.

 

El experimento Large Underground Xenon (LUX) de materia oscura, que funciona a kilómetro y medio de profundidad en un centro de investigación en Dakota del Sur (USA) ha demostrado ser el detector más sensible en la búsqueda de materia oscura, algo invisible que se piensa que compone la mayor parte de la materia del Universo. Ahora un nuevo conjunto de técnicas de calibración utilizadas por los científicos de LUX ha incrementado de manera muy importante la sensibilidad del detector.

Los investigadores de LUX están buscando WIMPs, partículas masivas con interacción débil, uno de los principales candidatos a ser la materia oscura. “Hemos mejorado la sensibilidad de LUX en más de un factor 20 para partículas de materia oscura de baja masa, reforzando de manera significativa nuestra capacidad para buscar WIMPs”, comenta Rick Gaitskell, profesor de física de la Universidad de Brown. “Es vital que continuemos forzando las capacidades de nuestro detector para buscar las escurridizas partículas de materia oscura”, añade.

LUX está hecho con un tercio de tonelada de xenón líquido rodeado por detectores muy sensibles a la luz. Está diseñado para identificar las muy raras ocasiones en que una partícula de materia oscura colisiona con un átomo de xenón dentro del detector. Cuando ocurre un choque, un átomo de xenón retrocede y emite un diminuto destello de luz que es detectado por los sensores de LUX. Las mejoras en LUX, junto con otro par de avances en simulaciones por computadora en el Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab),  han permitido a los científicos comprobar modelos adicionales de partículas de materia oscura que ahora pueden ser excluidos de la búsqueda.

El nuevo trabajo de investigación reexamina los datos tomados por LUX durante sus tres primeros meses de funcionamiento en 2013 y ayudan a descartar la posibilidad de detecciones de materia oscura en intervalos  de masa baja, donde otros experimentos habían anunciado anteriormente posibles detecciones.

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Actualizado ( Martes, 15 de Diciembre de 2015 09:59 )   http://observatori.uv.es/index.php?option=com_content&view=article&id=7037%3Anuevos-resultados-del-detector-de-materia-oscura-mas-sensible-del-mundo&catid=52%3Anoticosmos&Itemid=74&lang=es