Pela primeira vez, uma análise espectroscópica confirma que este filamento contém um meio intergaláctico quente-morno (WHIM) que constitui uma parte da matéria ordinária "desaparecida" prevista pelo modelo cosmológico padrão, mas nunca detectada antes em um filamento individual.
O filamento entre dois aglomerados de galáxias (no topo e na base da imagem) observado pelos telescópios de raios X Suzaku (JAXA) e XMM-Newton (ESA). O gás do filamento é visível como regiões mais brilhantes no centro da imagem. Os "buracos" no filamento são artefatos do método de observação: nestes locais encontram-se buracos negros (pontos brilhantes) que não fazem parte do filamento. Sua radiação X é subtraída do filamento.
© Migkas et al.
Há décadas, os cosmólogos questionam o paradeiro de aproximadamente metade da matéria ordinária do Universo, que deveria estar na forma de gás quente nos filamentos cósmicos, de acordo com os modelos teóricos. No entanto, sua detecção direta tem sido extremamente difícil devido ao seu baixo brilho e à possível contaminação por outras fontes de radiação X.
A equipe concentrou-se em um filamento excepcional que conecta quatro aglomerados do superaglomerado de Shapley: A3532 e A3530 de um lado, A3528-N e A3528-S do outro. A estratégia observacional combinou as vantagens complementares dos telescópios espaciais de raios X Suzaku, capaz de detectar fontes muito fracas apesar de sua resolução espacial limitada, e XMM-Newton, menos sensível a estruturas extensas, mas capaz de localizar com precisão fontes pontuais como buracos negros supermassivos.
Estes últimos foram sistematicamente subtraídos das medições para isolar o sinal do filamento. Os cientistas detectaram assim um excesso de 21% de radiação X na região do filamento em comparação com a radiação de fundo cósmico.
O filamento entre dois aglomerados de galáxias observado pelos telescópios de raios X Suzaku
Os resultados revelam um filamento composto principalmente por elétrons livres e prótons a 11,6 milhões de Kelvin, com uma densidade dez vezes superior ao meio intergaláctico padrão. Sua massa colossal de 10¹³ massas solares equivale a cem vezes a da Via Láctea. Este filamento faz parte do superaglomerado de Shapley, uma das maiores estruturas do Universo próximo, localizada a 650-750 milhões de anos-luz na constelação do Centauro e reunindo mais de 10.000 galáxias.
"É verdadeiramente um mini-Universo composto por mais de 30 aglomerados de galáxias conectados por uma rede complexa de filamentos", explica Nabila Aghanim, diretora de pesquisa do CNRS, que mapeou a estrutura tridimensional deste superaglomerado no âmbito do projeto ERC ByoPiC.
Observações do filamento entre os aglomerados de galáxias do superaglomerado de Shapley. Em amarelo, podem-se ver dois pares de aglomerados de galáxias, cada aglomerado sendo composto por centenas de galáxias. Entre os aglomerados, observa-se um número aumentado de galáxias do filamento em comparação com o fundo do céu.
© Migkas et al
Estes dados ópticos revelaram que o filamento estava orientado diagonalmente em relação a nós, informação crucial para determinar com precisão seu volume total e a densidade do gás que ele contém. Esta descoberta valida de forma espetacular as previsões cosmológicas e abre novos caminhos para localizar a matéria desaparecida no Universo.
"Já havíamos detectado gás quente ao empilhar milhares de filamentos, mas era difícil determinar suas propriedades físicas", destaca a cientista francesa. Agora, a caracterização precisa do WHIM em um filamento individual marca uma etapa decisiva para compreender a arquitetura cósmica em grande escala.