El cúmulo de galaxias MACS J0416.1-2403 y su importancia

El cúmulo de galaxias MACS J0416.1-2403 y su importancia

A continuación, estaremos hablando sobre el impresionante cúmulo de galaxias MACS J0416.1-2403. Veremos cuáles son sus características más sobresalientes y cómo ha ayudado a los científicos a estudiar la materia oscura cuando los telescopios apuntan hacia dicho cúmulo.

Características de MACS J0416.1-2403

MACS J0416.1-2403, conocido también como, MACS J0416, es un vistoso cúmulo de galaxias que se encuentra aproximadamente 4 mil millones de años luz de distancia de la Tierra, específicamente en la constelación de Eridanus. La masa de MACS J0416 es de alrededor de 160 000 miles de millones (160 000 000 000 000) de masas solares.

Curiosamente, este gran cúmulo de galaxias funciona como un gran lente cósmico. Al comparar MACS J0416 con otros cúmulos de galaxias que se estudian, se puede decir que MACS J0416 es más eficiente a la hora de observar y obtener imágenes de galaxias en el fondo. Debido a su gran gravedad puede doblar, magnificar e intensificar la luz proveniente de los objetos más lejanos que están detrás del cúmulo, como otras galaxias, permitiendo a los astrónomos así estudiarlas. De hecho, es uno de los seis cúmulos Galácticos de los cuales el Hubble estudia mediante las lentes gravitacionales en su programa Frontier Fields (campos fronterizos).

Características de MACS J0416.1-2403
Imagen 1. El cúmulo de galaxias MACS J0416.1-2403. Foto: NASA, ESA, and L. Infante (Pontificia Universidad Católica de Chile).

¿Qué es una lente gravitacional?

De esta manera, se presenta un fenómeno físico llamado lente gravitacional, predicho por la teoría de la relatividad general de Albert Einstein, que nos dice que la curvatura del espacio-tiempo produce que la trayectoria de la luz que proviene de un objeto lejano (por ejemplo, una galaxia) que pasa a través de un objeto intermedio (en este caso el cúmulo masivo de galaxias MACS J0416) se doble y se distorsione.

¿Qué es una lente gravitacional? MACS J0416.1-2403
Imagen 2. Esquema de trayectorias de luz en una lente gravitatoria. Las imágenes de objetos distantes adquieren forma de arcos rodeando el objeto masivo intermedio. Foto: Nasa-Wikimedia.

Así, la luz proveniente de la galaxia lejana se magnifica por la gran masa del objeto que está en primer plano por donde pasa, y permite que los científicos puedan estudiarla, incluso si esta galaxia está fuera del rango de observación del telescopio. De ahí, la importancia de las lentes gravitacionales.

Las lentes gravitacionales actúan como una gran lupa distorsionando la luz de los objetos del fondo haciendo que se vean como rayas y arcos al momento de capturar la imagen. Es por eso que vemos en la siguiente imagen muchos arcos y formas alargadas en la parte central del cúmulo en color amarillo.

 Imagen del gran cúmulo de galaxias MACS J0416.1-2403 donde vemos muchos arcos y formas alargadas en la parte central en color amarillo que se forman por el efecto de las lentes gravitacionales.
Imagen 3. Imagen del gran cúmulo de galaxias MACS J0416.1-2403 donde vemos muchos arcos y formas alargadas en la parte central en color amarillo que se forman por el efecto de las lentes gravitacionales. Foto: ESA / Hubble, NASA, HST Frontier Fields.

El cúmulo de galaxia MACS J0416 y la materia oscura

La materia oscura no emite, absorbe, ni refleja la luz, solo podemos detectarla a través de su atracción gravitacional sobre la materia visible en el espacio. Por lo tanto, la materia oscura sigue siendo tan escurridiza como el gato de Cheshire de Alicia en el país de las maravillas, donde únicamente se ve su sonrisa (en forma de gravedad), pero no al animal en sí, comenta la NASA en esta noticia.

Una forma en que los astrónomos pueden detectar la materia oscura es midiendo cómo su gravedad distorsiona el espacio, es decir, el efecto de las lentes gravitacionales, explicado más arriba. Es por eso que los cúmulos de galaxias son perfectos para estudiar la materia oscura. MACS J0416 contiene grandes cantidades de materia que no se ve, dejando una huella o camino detectable en la luz visible al distorsionar las imágenes de las galaxias de fondo. Lo que nos permite detectar la distribución de materia oscura y realizar un mapa con dicha distribución. Por ejemplo, en la siguiente imagen podemos ver el mapeado del cúmulo de galaxias MACS J0416.

El cúmulo de galaxia MACS J0416 y la materia oscura
Imagen 4. Imagen del cúmulo de galaxia MACS J0416 donde se muestra un mapa en un color azul difuminado que representa la distribución de la materia oscura que ha extendido por todo el cúmulo. Créditos: ESA/Hubble, NASA, HST Frontier Fields.

La galaxia más lejana descubierta hasta el momento gracias al cúmulo MACS J0416.1-2403

Los astrónomos apoyan sus observaciones en grandes cúmulos de galaxias para aprovechar el efecto de las lentes gravitacionales y observar mucho más atrás haciendo «zoom». De esta manera, en el 2016 enfocaron los telescopios Hubble y Telescopio espacial Spitzer de la NASA hacia el gran cúmulo de galaxias MACS J0416.1-2403, y fue allí donde descubrieron la galaxia más distante, la llamaron GN-z11.

La galaxia GN-z11 es la más lejana descubierta hasta el momento gracias al cúmulo MACS J0416.1-2403.
Imagen 5. Esta fotografía muestra cientos de galaxias muy antiguas y distantes. La más antigua, hasta el momento, es GN-z11 (la imagen ampliada). La imagen está un poco borrosa porque esta galaxia está muy lejos. Fuente: NASA, ESA.

La luz de GN-z11 ha viajado durante aproximadamente 13 400 millones de años. Es decir, estamos viendo la galaxia GN-z11 como era exactamente hace 13 400 millones de años en el pasado. GN-z11 se formó a «solo 400 millones» de años después del Big Bang, lo que la convierte en la galaxia más joven descubierta después de la gran explosión. La galaxia GN-z11 se encuentra en dirección a la constelación de Ursa Major.

Video 1. Esta animación muestra la ubicación de la galaxia GN-z11, que es la galaxia más lejana hasta el momento. El video comienza ubicando la Osa Mayor y luego muestra la constelación de la Osa Mayor. Luego se acerca al campo de galaxias GOODS North y termina con una imagen del Hubble de la joven galaxia. GN-z11 se ve tal como existió hace 13 400 millones de años, solo 400 millones de años después del Big Bang, cuando el universo tenía solo el tres por ciento de su edad actual. Créditos: Video – NASA, ESA y G. Bacon (STScI).

Referencias

National Aeronautics and Space Administration. (2021). Galaxy Cluster Macs J0416.1-2403. Recuperado de: https://hubblesite.org/contents/media/products/01FHTMMRBPV6JM4PR5ZJ3389DQ?filterUUID=9bb30820-7f4a-4021-afa8-518402f20435

National Aeronautics and Space Administration. (2016). Los telescopios se combinan para empujar la frontera en los cúmulos de galaxias. Recuperado de: https://chandra.harvard.edu/photo/2016/frontier/

National Aeronautics and Space Administration. (2016). El equipo del Hubble rompe el récord de distancia cósmica. Recuperado de: https://www.nasa.gov/feature/goddard/2016/hubble-team-breaks-cosmic-distance-record


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