Los cúmulos de galaxias son las estructuras gravitacionalmente ligadas más grandes del universo y pueden llegar a contener miles de galaxias. Además de galaxias y gas, están formados en su mayor parte por materia oscura –imperceptible mediante detección directa de luz– de naturaleza todavía desconocida.  Obtener nuevos datos sobre cómo está distribuida ayuda a mejorar el conocimiento sobre la evolución y estructura del universo, una de las principales metas de la astrofísica y de la cosmología moderna.

Para su estudio, los modelos cosmológicos se sirven a menudo de los cuásares –los objetos astronómicos más brillantes del universo– y de las llamadas 'lentes gravitatorias’. El efecto lente gravitatoria se produce cuando un objeto masivo se encuentra entre nosotros y un objeto brillante. El objeto masivo deforma el espacio-tiempo y modifica la trayectoria de los rayos de luz que lo atraviesan.

Al observar un cuásar distante a través de una galaxia o cúmulo de galaxias, si el efecto lente es lo suficientemente intenso se forman varias imágenes del mismo cuerpo celeste, tal como se observa en la fotografía del sistema lente SDSS J1004+4112 –objeto de este estudio– captada en 2005 por el Telescopio Espacial Hubble.

El estudio, que acaba de publicarse en la revista The Astrophysical Journal, presenta nuevas curvas de luz para las cuatro imágenes brillantes del sistema lente gravitatoria SDSS J1004+4112. Las observaciones se han llevado a cabo durante 14,5 años con el telescopio de 1,2 m situado en el observatorio Fred Lawrence Whipple (FLWO) del Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (USA), en colaboración con investigadores en The Ohio State University (USA).

“Las cuatro imágenes que observamos del cuásar corresponden en realidad a un único cuásar cuya luz es curvada en su trayectoria hacia nosotros por el campo gravitatorio del cúmulo de galaxias”, señala José Antonio Muñoz Lozano, catedrático del departamento de Astronomía y Astrofísica y director del Observatorio Astronómico de la Universitat de València. “Como la trayectoria que han seguido los rayos de luz para formar cada imagen es distinta, las observamos en diferentes instantes de tiempo; en este caso tenemos que esperar 6,73 años para que la señal que observamos en la primera imagen se reproduzca en la cuarta”, añade.

La importancia de medir retrasos temporales

“Medir estos retrasos temporales ayuda a conocer mejor las propiedades de las galaxias y los cúmulos de galaxias, su masa y la distribución de la misma, además de aportar nuevos datos para la estimación de la constante de Hubble”, explica Muñoz. Esta medida ha permitido estudiar la distribución de masa del cúmulo, trabajo que prolonga el estudio del equipo de José A. Muñoz y que publica también The Astrophysical Journal.

“Este nuevo retraso temporal ha permitido reconstruir con mayor precisión la distribución de masa del cúmulo de galaxias que actúa como lente”, comenta Raquel Forés Toribio, investigadora predoctoral en el Departamento de Astronomía y Astrofísica y primera firmante de este segundo artículo. “En especial, se ha podido restringir la distribución de materia oscura en la región interna del cúmulo, puesto que el efecto lente es sensible no solo a la materia ordinaria sino también a la materia oscura”, añade Forés, quien asegura que el cálculo del retraso temporal estimado por el equipo de Muñoz está siendo también de gran utilidad para otros estudios, por ejemplo “para determinar la distribución de estrellas y otros objetos compactos en el medio intracúmulo, así como para calcular el tamaño del disco de acreción del cuásar”, datos todos ellos que contribuyen a avanzar en el conocimiento de la formación de estructuras y su evolución en el universo.

Referencias:

The Longest Delay: a 14.5 Yr Campaign to Determine the Third Time Delay in the Lensing Cluster SDSS J1004+4112. J.A. Muñoz, C.S. Kochanek, J. Fohlmeister, J. Wambsganss, E. Falco, and R. Forés-Toribio. The Astrophysical Journal.

A Mass Model for the Lensing Cluster SDSS J1004+4112: Constraints From the Third Time Delay. R. Forés-Toribio, J. A. Muñoz, C. S. Kochanek, and E. Mediavilla. The Astrophysical Journal.