Simulación digital de la distribución a gran escala de la materia, con nudos y filamentos. Imagen: V. Springel. Fuente: Instituto Max Planck de Astrofísica (Alemania).
La materia conocida como ordinaria, de la que está hecha todo lo que conocemos, corresponde a sólo el 5% del Universo. Aproximadamente la mitad de este porcentaje sigue sin ser detectado. Las simulaciones numéricas han permitido predecir que el resto de la materia ordinaria debe estar ubicado en las estructuras a gran escala que forman la "red cósmica" a temperaturas entre 100.000 y 10 millones de grados.
Un equipo dirigido por un investigador de la Universidad de Ginebra (UniGe, Suiza), ha observado este fenómeno directamente. La investigación muestra que la mayoría de la materia ordinaria que falta se encuentra en forma de un gas muy caliente asociado con filamentos intergalácticos. El artículo que informa de este descubrimiento se publica en la revista Nature.
Las galaxias se forman cuando la materia ordinaria colapsa y luego se enfría. Para entender el origen de esta formación, era vital descubrir dónde y en qué forma se encuentra la materia ordinaria que no percibimos, conocida como "los bariones perdidos". Para ello, los astrofísicos de UniGe y de la Escuela Politécnica Federal de Lausana (EPFL) se interesaron por Abell 2744, un cúmulo masivo de galaxias con una compleja distribución de materia oscura y luminosa en su centro. Observaron este grupo con el telescopio espacial XMM, que es capaz de detectar la huella de gases muy caliente debido a su sensibilidad a los rayos-X.
El gas caliente en el núcleo de los filamentos
Los estudios a gran escala de galaxias han demostrado que la distribución de la materia ordinaria en el universo no es homogénea. En lugar de eso, bajo la acción de la gravedad, la materia se concentra en estructuras filamentosas, formando una red de nudos y enlaces llamada "red cósmica".
Las regiones que experimentan el mayor colapso de fuerza gravitatoria forman los nudos de la red, tales como Abell 2744. De forma similar a las redes neuronales, estos nudos se conectan entre sí a través de filamentos, en los que los investigadores identificaron la presencia de gas y, en consecuencia, los desaparecidos bariones.
Un equipo dirigido por un investigador de la Universidad de Ginebra (UniGe, Suiza), ha observado este fenómeno directamente. La investigación muestra que la mayoría de la materia ordinaria que falta se encuentra en forma de un gas muy caliente asociado con filamentos intergalácticos. El artículo que informa de este descubrimiento se publica en la revista Nature.
Las galaxias se forman cuando la materia ordinaria colapsa y luego se enfría. Para entender el origen de esta formación, era vital descubrir dónde y en qué forma se encuentra la materia ordinaria que no percibimos, conocida como "los bariones perdidos". Para ello, los astrofísicos de UniGe y de la Escuela Politécnica Federal de Lausana (EPFL) se interesaron por Abell 2744, un cúmulo masivo de galaxias con una compleja distribución de materia oscura y luminosa en su centro. Observaron este grupo con el telescopio espacial XMM, que es capaz de detectar la huella de gases muy caliente debido a su sensibilidad a los rayos-X.
El gas caliente en el núcleo de los filamentos
Los estudios a gran escala de galaxias han demostrado que la distribución de la materia ordinaria en el universo no es homogénea. En lugar de eso, bajo la acción de la gravedad, la materia se concentra en estructuras filamentosas, formando una red de nudos y enlaces llamada "red cósmica".
Las regiones que experimentan el mayor colapso de fuerza gravitatoria forman los nudos de la red, tales como Abell 2744. De forma similar a las redes neuronales, estos nudos se conectan entre sí a través de filamentos, en los que los investigadores identificaron la presencia de gas y, en consecuencia, los desaparecidos bariones.
Primera medición
Los astrofísicos orientaron XMM en la dirección de las zonas donde sospechaban encontrar la presencia de filamentos, y por lo tanto, la presencia de estructuras de gas caliente a 10 millones de grados.
Por primera vez, fueron capaces de medir la temperatura y la densidad de estos objetos, y se encontró que correspondían a las predicciones de los modelos numéricos. Así, ahora tenemos una idea de la forma adoptada por la materia ordinaria que falta.
Esta investigación es una validación muy significativa de los modelos de formación de galaxias en el Universo. "Ahora hay que verificar que el descubrimiento de los bariones perdidos de Abell 2744 es aplicable a todo el universo. Para ello habrá que estudiar estas regiones filamentosas en detalle, y medir su distribución de temperatura y los distintos átomos que las componen, con el fin de comprender cuántos elementos pesados hay en el universo", dice el científico Dominique Eckert, en la nota de prensa de la Universidad de Ginebra.
De hecho, si los investigadores logran medir los átomos en estos filamentos, serán capaces de estimar el número de núcleos pesados formados por las estrellas desde el comienzo del universo.
Con el fin de profundizar en esta investigación, la Agencia Espacial Europea (ESA) está en el proceso de desarrollo de un nuevo telescopio espacial. Suiza y los investigadores de UniGe están especialmente involucrados en el proyecto. El telescopio, llamado Athena (Atenea), debería estar en funcionamiento a mediados de la década de 2020.
Los astrofísicos orientaron XMM en la dirección de las zonas donde sospechaban encontrar la presencia de filamentos, y por lo tanto, la presencia de estructuras de gas caliente a 10 millones de grados.
Por primera vez, fueron capaces de medir la temperatura y la densidad de estos objetos, y se encontró que correspondían a las predicciones de los modelos numéricos. Así, ahora tenemos una idea de la forma adoptada por la materia ordinaria que falta.
Esta investigación es una validación muy significativa de los modelos de formación de galaxias en el Universo. "Ahora hay que verificar que el descubrimiento de los bariones perdidos de Abell 2744 es aplicable a todo el universo. Para ello habrá que estudiar estas regiones filamentosas en detalle, y medir su distribución de temperatura y los distintos átomos que las componen, con el fin de comprender cuántos elementos pesados hay en el universo", dice el científico Dominique Eckert, en la nota de prensa de la Universidad de Ginebra.
De hecho, si los investigadores logran medir los átomos en estos filamentos, serán capaces de estimar el número de núcleos pesados formados por las estrellas desde el comienzo del universo.
Con el fin de profundizar en esta investigación, la Agencia Espacial Europea (ESA) está en el proceso de desarrollo de un nuevo telescopio espacial. Suiza y los investigadores de UniGe están especialmente involucrados en el proyecto. El telescopio, llamado Athena (Atenea), debería estar en funcionamiento a mediados de la década de 2020.
Referencia bibliográfica:
Dominique Eckert, Mathilde Jauzac, HuanYuan Shan, Jean-Paul Kneib, Thomas Erben, Holger Israel, Eric Jullo, Matthias Klein, Richard Massey, Johan Richard, Céline Tchernin: Warm–hot baryons comprise 5–10 per cent of filaments in the cosmic web. Nature, 2015. DOI: 10.1038/nature16058.
Dominique Eckert, Mathilde Jauzac, HuanYuan Shan, Jean-Paul Kneib, Thomas Erben, Holger Israel, Eric Jullo, Matthias Klein, Richard Massey, Johan Richard, Céline Tchernin: Warm–hot baryons comprise 5–10 per cent of filaments in the cosmic web. Nature, 2015. DOI: 10.1038/nature16058.