Este gráfico contiene un mapa del cielo completo y muestra cuatro de los cientos de cúmulos de galaxias que se analizaron para probar si el Universo es el mismo en todas las direcciones a gran escala, como se describe en nuestro último comunicado de prensa . Los cúmulos de galaxias son los objetos más grandes del Universo ligados por la gravedad y los astrónomos pueden usarlos para medir propiedades cosmológicas importantes. Este último estudio utiliza datos del Observatorio de rayos X Chandra de la NASA y XMM-Newton de la ESA para investigar si el Universo es "isotrópico" o no.
El mapa del cielo en este esquema está en "coordenadas galácticas", con el plano de la Vía Láctea corriendo a lo largo del medio (en lugar del ecuador como se usa para la Tierra). La longitud galáctica corre en la dirección horizontal o "x", y la latitud galáctica corre en la dirección vertical o "y". Los puntos oscuros muestran la ubicación en el mapa del cielo de los 313 cúmulos de galaxias observados con Chandra y XMM-Newton e incluidos en este estudio. Las cuatro imágenes de Chandra de cúmulos de galaxias del nuevo estudio son, en el sentido de las agujas del reloj desde la parte superior izquierda, Abell 2199, RXJ1504.1-0248, Abell 3667 y Abell 85. Los cúmulos de galaxias con latitudes galácticas inferiores a 20 grados no se incluyeron en el estudio para evitar el oscurecimiento de la propia Galaxia, que tiene la mayoría de sus estrellas, gas y polvo a lo largo de un plano delgado. De manera similar, los cúmulos de galaxias detrás de dos galaxias cercanas.
Los astrónomos generalmente están de acuerdo en que después del Big Bang, el cosmos se ha expandido continuamente como una hogaza de pan de pasas. A medida que se hornea el pan, las pasas (que representan objetos cósmicos como galaxias y cúmulos de galaxias) se alejan unas de otras a medida que se expande todo el pan (que representa el espacio). Con una mezcla uniforme, la expansión debería ser uniforme en todas las direcciones, como debería ser con un universo isotrópico.
Esta última prueba utiliza una técnica poderosa, novedosa e independiente y sugiere que el concepto de un Universo isotrópico puede no encajar del todo. El estudio aprovecha la relación entre la temperatura del gas caliente que impregna un cúmulo de galaxias y la cantidad de rayos X que produce, conocida como luminosidad de rayos X del cúmulo. Cuanto mayor sea la temperatura del gas en un cúmulo, mayor será la luminosidad de los rayos X. Una vez que se mide la temperatura del gas del racimo, se puede estimar la luminosidad de los rayos X. Este método es independiente de las cantidades cosmológicas, incluida la velocidad de expansión del universo.
Una vez que estimaron las luminosidades de rayos X de sus cúmulos utilizando esta técnica, los científicos calcularon las luminosidades utilizando un método diferente que depende de las cantidades cosmológicas, incluida la velocidad de expansión del universo. Los resultados dieron a los investigadores velocidades de expansión aparentes en todo el cielo, revelando que el universo parece alejarse de nosotros más rápido en algunas direcciones que en otras.
Los autores de este nuevo estudio propusieron dos posibles explicaciones para sus resultados que involucran cosmología. Una de estas explicaciones es que grandes grupos de cúmulos de galaxias podrían estar moviéndose juntos, pero no debido a la expansión cósmica. Por ejemplo, es posible que algunos cúmulos cercanos sean arrastrados en la misma dirección por la gravedad de grupos de otros cúmulos de galaxias. Si el movimiento es lo suficientemente rápido, podría dar lugar a errores en la estimación de la luminosidad de los grupos.
Una segunda explicación posible es que el universo no es realmente el mismo en todas las direcciones. Una razón intrigante podría ser que la energía oscura, la fuerza misteriosa que parece estar impulsando la aceleración de la expansión del universo, no es uniforme en sí misma. En otras palabras, los rayos X pueden revelar que la energía oscura es más fuerte en algunas partes del universo que en otras, provocando diferentes tasas de expansión.
Cualquiera de estas dos explicaciones cosmológicas tendría consecuencias significativas. La comunidad astronómica debe realizar otras pruebas escrutadas obteniendo resultados consistentes cada vez para saber realmente si el concepto de Universo isotrópico debe reconsiderarse.
Un artículo que describe estos resultados aparecerá en la edición de abril de 2020 de la revista Astronomy and Astrophysics y está disponible en línea. Los autores son Konstantinos Migkas (Universidad de Bonn, Alemania), Gerrit Schellenberger (Centro de Astrofísica | Harvard & Smithsonian), Thomas Reiprich, Florian Pacaud y Miriam Elizabeth Ramos-Ceja (Universidad de Bonn) y Lorenzo Lovisari (CfA).
Crédito de la imagen: NASA / CXC / Univ. de Bonn / K. Migkas y col.
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