Los astrónomos han encontrado evidencia de masa “faltante” en forma de un puente gigantesco de gas sobrecalentado.
Crédito: Rayos X: NASA/CXC/CFA/A. Sarkar; Óptica: NSF/NOIRLab/WIYN
Esta imagen muestra Abell 98, un sistema de cúmulos de galaxias que incluye un par en las primeras etapas de una colisión. Los astrónomos han utilizado datos del Observatorio de rayos X Chandra de la NASA (que se muestra como azul y púrpura con datos ópticos del telescopio WIYN en Kitt Peak en Arizona que aparecen blancos y rojos) para identificar estructuras clave y buscar materia “faltante” en el Universo.
Este material faltante no es materia oscura, que es invisible, de naturaleza desconocida, y se cree que constituye la mayor parte de la materia en el universo, sino materia “normal” que se encuentra en objetos familiares como estrellas, planetas y humanos. Alrededor de un tercio de esta materia que se creó en los primeros mil millones de años más o menos después del Big Bang aún no ha sido detectada por observaciones del universo local, es decir, en regiones a menos de unos pocos miles de millones de años luz de la Tierra.
Los científicos han propuesto que al menos parte de esta masa no contabilizada podría estar oculta en hebras gigantescas, o filamentos, de gas cálido a caliente (temperaturas de 10,000 a 10 millones de Kelvin) en el espacio entre galaxias y cúmulos de galaxias. Han apodado a esto el “medio intergaláctico cálido-caliente”, o WHIM.
Un equipo de astrónomos examinó los datos de Chandra de Abell 98, que está a unos 1.400 millones de años luz de la Tierra, y dijo que probablemente han encontrado evidencia de este WHIM que reside en el espacio entre los dos cúmulos de galaxias. Los datos de Chandra revelan un puente de emisión de rayos X (mostrado en una versión etiquetada) entre dos de los cúmulos en colisión que contienen gas a una temperatura de aproximadamente 20 millones de Kelvin y gas relativamente más frío con una temperatura de aproximadamente 10 millones de Kelvin. El gas más caliente en el puente es probablemente del gas en los dos grupos que se superponen entre sí. La temperatura y la densidad del gas más frío concuerdan con las predicciones para el gas más caliente y denso en el WHIM.
Además, los datos de Chandra muestran la presencia de una onda de choque, que es similar a un boom sónico de un plano supersónico. La ubicación de la onda de choque está etiquetada y se identifica por disminuciones repentinas en el brillo de los rayos X y la temperatura del gas, medida desde el lado norte al sur del choque. Esta onda de choque es impulsada y ubicada por delante de uno de los cúmulos de galaxias, ya que está comenzando a colisionar con otro cúmulo. Esta sería la primera vez que los astrónomos han encontrado una onda de choque en las primeras etapas de una colisión de cúmulos de galaxias, antes de que los centros del cúmulo pasen uno al lado del otro. Esta onda de choque puede estar directamente relacionada con el descubrimiento del WHIM en Abell 98 porque ha calentado el gas entre los cúmulos a medida que chocan. Esto puede haber elevado la temperatura del gas en el filamento WHIM, que se estima que contiene unos 400 mil millones de veces la masa del Sol, lo suficientemente alto como para ser detectado con datos de Chandra.
Abell 98, etiquetado (Crédito: rayos X: NASA / CXC / CFA / A. Sarkar; Óptica: NSF/NOIRLab/WIYN)
Un artículo que describe este resultado por Arnab Sarkar et al fue publicado en The Astrophysical Journal Letters y está disponible en https://arxiv.org/abs/2208.03401. Otros autores en el artículo incluyen a Scott Randall (Centro de Astrofísica | Harvard & Smithsonian), Yuanyuan Su (Universidad de Kentucky), Gabriella E. Alvarez (CfA), Craig Sarazin (Universidad de Virginia, Charlottesville, Virginia), Paul Nulsen (CfA), Elizabeth Blanton (Boston University, Boston, Massachusetts), William Forman (CfA), Christine Jones (CfA), Esra Bulbul (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics, Garching, Alemania), John Zuhone (CfA), Felipe Andrade-Santos (CfA), Ryan Johnson (Gettysburg College, Gettysburg, Pensilvania), y Priyanka Chakraborty (CfA).
Se encontró evidencia adicional del filamento WHIM entre estos dos grupos con Suzaku de la Agencia de Exploración Aeroespacial de Japón, en un nuevo artículo dirigido por Gabriella Alvarez, también de CfA. Su artículo también da evidencia del WHIM en el lado opuesto del grupo que está liderando la colisión. (La ubicación general y la dirección de este filamento detectado por Suzaku están etiquetadas, pero el filamento en sí no es visible en los datos de Chandra, a pesar de que el campo de visión se extiende más hacia el norte de lo que se muestra aquí). Estas dos detecciones de la WHIM indican que los cúmulos están ubicados a lo largo de una estructura colosal de 13 millones de años luz de largo.
Referencias: El artículo de Álvarez fue aceptado recientemente para su publicación en The Astrophysical Journal y está disponible en https://arxiv.org/abs/2206.08430.