Por primera vez, un análisis espectroscópico confirma que este filamento contiene un medio intergaláctico tibio-caliente (WHIM) que constituye una parte de la materia ordinaria "faltante" predicha por el modelo cosmológico estándar pero nunca detectada antes en un filamento individual.
El filamento entre dos cúmulos de galaxias (en la parte superior e inferior de la imagen) observado por los telescopios de rayos X Suzaku (JAXA) y XMM-Newton (ESA). El gas del filamento es visible como regiones más brillantes en el centro de la imagen. Los "huecos" en el filamento son artefactos del método de observación: en estas ubicaciones hay agujeros negros (puntos brillantes) que no forman parte del filamento. Su radiación X se resta del filamento.
© Migkas et al.
Durante décadas, los cosmólogos se han preguntado sobre el paradero de aproximadamente la mitad de la materia ordinaria del Universo que debería encontrarse en forma de gas caliente en los filamentos cósmicos según los modelos teóricos. Sin embargo, su detección directa resultaba extremadamente difícil debido a su baja luminosidad y la posible contaminación por otras fuentes de radiación X.
El equipo se centró en un filamento excepcional que conecta cuatro cúmulos del supercúmulo de Shapley: A3532 y A3530 por un lado, A3528-N y A3528-S por el otro. La estrategia observacional combinó las ventajas complementarias de los telescopios espaciales de rayos X Suzaku, capaz de detectar fuentes muy débiles a pesar de su resolución espacial limitada, y XMM-Newton, menos sensible a las estructuras extendidas pero capaz de localizar con precisión fuentes puntuales como agujeros negros supermasivos.
Estos últimos fueron sistemáticamente restados de las mediciones para aislar la señal del filamento. Los científicos detectaron así un exceso del 21% de radiación X en la región del filamento en comparación con la radiación de fondo cósmico.
El filamento entre dos cúmulos de galaxias observado por los telescopios de rayos X Suzaku
Los resultados revelan un filamento compuesto principalmente por electrones libres y protones a 11,6 millones de Kelvin, con una densidad diez veces superior al medio intergaláctico estándar. Su colosal masa de 10¹³ masas solares equivale a cien veces la de la Vía Láctea. Este filamento forma parte del supercúmulo de Shapley, una de las estructuras más vastas del Universo cercano situada a 650-750 millones de años luz en la constelación de Centauro y que agrupa más de 10.000 galaxias.
"Es verdaderamente un mini-Universo compuesto por más de 30 cúmulos de galaxias conectados por una red compleja de filamentos", explica Nabila Aghanim, directora de investigación del CNRS que había cartografiado la estructura tridimensional de este supercúmulo en el marco del proyecto ERC ByoPiC.
Observaciones del filamento entre los cúmulos de galaxias del supercúmulo de Shapley. En amarillo, se pueden ver dos pares de cúmulos de galaxias, cada cúmulo compuesto por cientos de galaxias. Entre los cúmulos, se observa un número incrementado de galaxias del filamento en comparación con el fondo del cielo.
© Migkas et al
Estos datos ópticos revelaron que el filamento estaba orientado diagonalmente respecto a nosotros, información crucial para determinar con precisión su volumen total y la densidad del gas que contiene. Este descubrimiento valida de manera espectacular las predicciones cosmológicas y abre nuevas vías para localizar la materia faltante en el Universo.
"Habíamos detectado gas caliente apilando miles de filamentos, pero era difícil determinar sus propiedades físicas", destaca la científica francesa. Ahora, la caracterización precisa del WHIM en un filamento individual marca un paso decisivo para comprender la arquitectura cósmica a gran escala.