Los modelos decían la verdad: los astrónomos encuentran materia 'faltante'

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Los astrónomos han descubierto un enorme filamento de gas caliente que une cuatro cúmulos de galaxias. Con 10 veces más masa que nuestra galaxia, el hilo podría contener parte de la materia “faltante” del Universo, abordando un misterio de décadas.

Los astrónomos utilizaron los telescopios espaciales de rayos X XMM-Newton de la Agencia Espacial Europea y Suzaku de JAXA para hacer el descubrimiento.

Esta imagen muestra el nuevo filamento, que conecta cuatro cúmulos de galaxias: un par en un extremo y dos en el otro. Estos cúmulos son visibles como puntos brillantes en la parte inferior y superior del filamento (cuatro puntos blancos rodeados de color). Una banda moteada de color púrpura se extiende entre estos puntos brillantes, destacando con fuerza contra el cielo negro circundante. Este es el filamento de gas caliente emisor de rayos X que no se había visto antes y que contiene un trozo de materia «perdida». La banda púrpura comprende datos de Suzaku. Los astrónomos lograron identificar y eliminar cualquier posible fuente de contaminación de rayos X del filamento utilizando XMM-Newton, dejando tras de sí un hilo puro de materia faltante. Estas fuentes se pueden ver aquí como puntos brillantes que atraviesan y se eliminan de la emisión del filamento. Crédito: ESA/XMM-Newton e ISAS/JAXA

Falta más de un tercio de la materia “normal” en el Universo local, la materia visible que forma las estrellas, los planetas, las galaxias y la vida. Todavía no se ha visto, pero es necesario para que los modelos del cosmos funcionen correctamente.

Los modelos sugieren que esta materia elusiva podría existir en largas cadenas de gas, o filamentos, tendiendo puentes en las bolsas más densas del espacio. Si bien se han observado filamentos antes, es difícil distinguir sus propiedades; por lo general, son difusos, lo que dificulta aislar su luz de la de las galaxias, agujeros negros y otros objetos cercanos.

Esta imagen muestra el nuevo filamento, que conecta cuatro cúmulos de galaxias: dos en un extremo y dos en el otro. Estos cúmulos son visibles como puntos brillantes en la parte inferior y superior del filamento (cuatro puntos blancos rodeados de color). Una banda moteada de color púrpura se extiende entre estos puntos brillantes, destacando con fuerza contra el cielo negro circundante. Este es el filamento de gas caliente emisor de rayos X que no se había visto antes y que contiene un trozo de materia «perdida». La banda púrpura comprende datos de Suzaku. Los astrónomos lograron identificar y eliminar cualquier posible fuente de contaminación de rayos X del filamento utilizando XMM-Newton, dejando tras de sí un hilo puro de materia faltante. Estas fuentes se pueden ver aquí como puntos brillantes que atraviesan y se eliminan de la emisión del filamento. Crédito: ESA/XMM-Newton and ISAS/JAXA

Una nueva investigación halló y caracterizó con precisión un solo filamento de gas caliente que se extiende entre cuatro cúmulos de galaxias en el Universo cercano.

“Por primera vez, nuestros resultados coinciden estrechamente con lo que vemos en nuestro modelo principal del cosmos, algo que no ha sucedido antes”, dijo Konstantinos Migkas, investigador principal, del Observatorio de Leiden en los Países Bajos. “Parece que las simulaciones fueron correctas todo el tiempo”.

XMM-Newton en el caso
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Con una temperatura de más de 10 millones de grados, el filamento contiene aproximadamente diez veces la masa de la Vía Láctea y conecta cuatro cúmulos de galaxias: dos en un extremo y dos en el otro. Todos forman parte del Supercúmulo Shapley, un conjunto de más de 8000 galaxias que forma una de las estructuras más masivas del universo cercano.

Esta imagen muestra una simulación de la «red cósmica», la vasta red de hilos y filamentos que se extiende por todo el universo. Estrellas, galaxias y cúmulos de galaxias cobran vida en los nudos más densos de esta red y permanecen conectados por vastos hilos que se extienden a lo largo de millones de años luz. Estos hilos son invisibles a simple vista, pero pueden ser descubiertos por telescopios como el XMM-Newton de la ESA. La imagen se centra en un cúmulo de galaxias. Los colores se desplazan de izquierda a derecha, representando la densidad de la materia oscura (izquierda, en azul-violeta) y la densidad del gas (derecha, en naranja-rojo). Esta imagen es de la simulación de formación de galaxias de Illustris, accesible en illustris-project.org.

El filamento se extiende en diagonal, a través del supercúmulo, distante de nosotros 23 millones de años luz, el equivalente a atravesar la Vía Láctea de extremo a extremo unas 230 veces.

Konstantinos y sus colegas caracterizaron el filamento combinando observaciones de rayos X de XMM-Newton y Suzaku y analizando datos ópticos de varios otros observatorios espaciales.

Ambos telescopios de rayos X resultaron ser la pareja ideal. Suzaku cartografió la tenue luz de rayos X del filamento en una amplia región del espacio, mientras que XMM-Newton localizó con gran precisión las fuentes contaminantes de rayos X —en concreto, los agujeros negros supermasivos— que se encontraban dentro del filamento.

“Gracias a XMM-Newton pudimos identificar y eliminar estos contaminantes cósmicos, así que sabíamos que estábamos observando el gas del filamento y nada más”, añadió el coautor Florian Pacaud, de la Universidad de Bonn, Alemania. “Nuestro enfoque fue realmente exitoso y revela que el filamento es exactamente como esperábamos de nuestras mejores simulaciones a gran escala del universo”.

Realmente no faltaba
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Además de revelar un enorme y nunca antes visto hilo de materia que recorre el cosmos cercano, el hallazgo científico muestra cómo algunas de las estructuras más densas y extremas del Universo –los cúmulos de galaxias– permanecen conectadas a través de distancias colosales.

También arroja luz sobre la naturaleza misma de la «red cósmica», la vasta e invisible telaraña de filamentos que sustenta la estructura de todo lo que vemos a nuestro alrededor.

“Esta investigación es un gran ejemplo de colaboración entre telescopios y crea un nuevo punto de referencia para detectar la luz que proviene de los tenues filamentos de la red cósmica”, añadió Norbert Schartel, científico del proyecto XMM-Newton de la ESA.

“Más fundamentalmente, refuerza nuestro modelo estándar del cosmos y valida décadas de simulaciones: parece que la materia «faltante» podría estar realmente escondida en hilos difíciles de ver que recorren el universo.

Construir una imagen precisa de la red cósmica es el objetivo de la misión Euclid de la ESA. Lanzada en 2023, Euclid explora la estructura y la historia de esta red. La misión también profundiza en la naturaleza de la materia y la energía oscuras —ninguna de las cuales se ha observado jamás, a pesar de representar el 95% del Universo— y colabora con otros investigadores del Universo oscuro para resolver algunos de los misterios cósmicos más grandes y antiguos.

Cita
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El artículo científico Detection of pure WHIM emission from a 7.2 Mpc long filament in the Shapley supercluster using X-ray spectroscopy -Detección de la emisión WHIM pura de un filamento de 7,2 Mpc de longitud en el supercúmulo Shapley mediante espectroscopia de rayos X- K. Migkas, F. Pacaud, T. Tuominen & N. Aghanim et al. fue publicado en Astronomy & Astrophysics. DOI: 10.1051/0004-6361/202554944
El artículo “The models were right”: astronomers find ‘missing’ matter fue publicado en el sitio web de la Agencia Espacial Europea