Els cúmuls de galàxies són les estructures gravitacionalment lligades més grans de l’univers i poden contindre milers de galàxies. A més de galàxies i gas, els cúmuls estan formats majoritàriament per matèria fosca –imperceptible mitjançant detecció directa de llum– de naturalesa encara desconeguda. Obtindre noves dades sobre com està distribuïda ajuda a millorar el coneixement sobre l’evolució i l’estructura de l’univers, una de les metes principals de l’astrofísica i de la cosmologia moderna.

Per estudiar-ho, els models cosmològics utilitzen sovint els quàsars –els objectes astronòmics més brillants de l’univers– i les anomenades lents gravitatòries. L’efecte lent gravitatòria es produeix quan un objecte massiu es troba entre l’observador i un cos celeste brillant. L’objecte massiu deforma l’espai-temps i modifica la trajectòria dels raigs de llum que el travessen.

En observar un quàsar distant a través d’una galàxia o cúmul de galàxies, si l’efecte lent és prou intens, es formen diverses imatges del mateix cos celeste, tal com s’observa en la fotografia del sistema lent SDSS J1004+4112 –objecte d’aquest estudi– captada el 2005 pel Telescopi Espacial Hubble.

L’estudi, que s’acaba de publicar en la revista The Astrophysical Journal, presenta noves corbes de llum per a les quatre imatges brillants del sistema lent gravitatòria SDSS J1004+4112. Les observacions s’han dut a terme durant 14,5 anys amb el telescopi d’1,2 m situat a l’observatori Fred Lawrence Whipple (FLWO) del Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (EUA), en col·laboració amb investigadors en The Ohio State University (EUA).

“Les quatre imatges que observem del quàsar corresponen en realitat a un únic quàsar la llum del qual és corbada en la seua trajectòria cap a nosaltres pel camp gravitatori del cúmul de galàxies”, assenyala José Antonio Muñoz Lozano, catedràtic del departament d’Astronomia i Astrofísica, i director Observatori Astronòmic de la Universitat de València. “Com que la trajectòria que han seguit els rajos de llum per formar cada imatge és diferent, les observem en diferents instants de temps; en aquest cas hem d’esperar 6,73 anys perquè el senyal que observem en la primera imatge es reproduïsca en la quarta”, afegeix.

La importància de mesurar retards temporals

“Mesurar els retards temporals ajuda a conéixer millor les propietats de les galàxies i dels cúmuls, la seua massa i la seua distribució, a més d’aportar noves dades per a l’estimació de la constant de Hubble”, explica el científic de la UV. Aquesta mesura ha permès estudiar la distribució de massa del cúmul, treball que prolonga l’estudi de l’equip de José A. Muñoz i que publica també The Astrophysical Journal.

“Aquest nou retard temporal ha permés reconstruir amb més precisió la distribució de massa del cúmul de galàxies que actua com a lent”, comenta Raquel Forés Toribio, investigadora predoctoral al Departament d’Astronomia i Astrofísica, i primera signant d’aquest segon article. “En especial, s’ha pogut restringir la distribució de matèria fosca a la regió interna del cúmul, ja que l’efecte lent és sensible no només a la matèria ordinària sinó també a la matèria fosca”, afegeix Forés, que assegura que el càlcul del retard temporal estimat per l’equip de Muñoz està sent també de gran utilitat per a altres estudis, per exemple “per determinar la distribució d’estrelles i altres objectes compactes al medi intracúmul, així com per calcular la mida del disc d’acreció del quàsar”, dades que contribueixen a avançar en el coneixement de la formació d’estructures i la seua evolució a l’univers.

Referències:

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.