El satélite XMM-Newton y el Gran Telescopio Canarias encuentran material intergaláctico perdido

INSTITUTO NACIONAL DE ASTROFÍSICA, ÓPTICA Y ELECTRÓNICA

Divulgación y Comunicación Científica

Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica

Boletín de prensa 20/2018

• Después de casi 20 años de búsqueda, usando el observatorio espacial de la Agencia Espacial Europea XMM-Newton, y con la ayuda del Gran Telescopio Canarias, astrónomos finalmente encuentran evidencia del gas caliente y difuso que permea el cosmos, resolviendo el rompecabezas sobre la cantidad de materia “normal” en el Universo.
• Un grupo de astrónomos internacionales en el que participan investigadores del Instituto de Astronomía de la UNAM y del Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica han estado a la caza del remanente de los bariones perdidos por casi dos décadas, desde que observatorios de rayos-X como el XMM-Newton estuvieron disponibles para la comunidad científica.
• Observando en esta banda del espectro electromagnético, detectaron gas con temperaturas de alrededor de un millón de grados, que se interpone en el camino de los rayos-X emitidos por fuentes más distantes, según lo reportan en un artículo que saldrá publicado el día de hoy en la prestigiosa revista Nature. 

Mientras que las misteriosas materia y energía oscuras conforman, respectivamente, un 25 y 70 por ciento de nuestro Universo, la materia “normal” de la que está hecho todo lo que vemos, desde las galaxias, estrellas y planetas hasta los seres humanos, sólo conforma un cinco por ciento.

Pero aún este cinco por ciento nos ha resultado muy elusivo de encontrar.

La cantidad total de materia normal, a la que los astrónomos se refieren como bariones, puede ser estimada a través de observaciones de la Radiación Cósmica de Fondo, que es la luz más antigua en la historia del Universo, cuando sólo habían pasado 380 mil años después de la Gran Explosión (Big Bang).

Observaciones de galaxias muy distantes han permitido a los astrónomos seguir la evolución de esta materia durante los dos primeros miles de millones de años de vida del Universo. Sin embargo, después de estas épocas, la mitad de la materia normal parecería estar perdida. Esta materia perdida representa un gran misterio de la Astrofísica moderna.

Sabemos que esta materia debe estar en algún lugar, pues la vemos en el Universo joven, pero no sabemos en dónde está ni a dónde se ha ido.

Sumando el material contenido en las estrellas que habitan las galaxias a lo largo del Universo, más el material interestelar que permea estas galaxias (la materia del que se forman las estrellas), sólo se da cuenta del diez por ciento de toda la materia normal. Si añadimos el material caliente en los halos de las galaxias y el gas muy caliente que llena los cúmulos de galaxias (las estructuras cósmicas más grandes mantenidas por el efecto de la gravedad), llegamos a menos del veinte por ciento.

Esto no debe sorprendernos, las estrellas, galaxias y cúmulos galácticos se forman en los nudos densos de la maraña cósmica: la aglomeración de materia obscura y normal que se extiende a lo largo del Universo. Dado que estos sitios muy densos, también son muy raros, no representan el mejor lugar para buscar el grueso de la materia cósmica.

Los astrónomos han sospechado desde hace años, que los bariones “perdidos” deben estar rondando en los filamentos de la maraña cósmica, donde la materia es menos densa y por lo tanto muy difícil de observar. Usando diferentes técnicas, habían conseguido localizar una buena parte del material intergaláctico, principalmente sus componentes a temperaturas frías y tibias, llevando la cantidad de materia normal detectada a un 60 por ciento del total, pero dejando sin resolver el misterio de los bariones perdidos.

Un grupo de astrónomos internacionales, en el que participan investigadores del Instituto de Astronomía de la UNAM y del Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica han estado a la caza del remanente de los bariones perdidos por casi dos décadas, desde que observatorios de rayos-X como el XMM-Newton estuvieron disponibles para la comunidad científica.

Observando en esta banda del espectro electromagnético, detectaron gas con temperaturas de alrededor de un millón de grados, que se interpone en el camino de los rayos-X emitidos por fuentes más distantes, según lo reportan en un artículo que saldrá publicado hoy en la prestigiosa revista Nature.

El grupo de astrónomos internacionales, en el que participan Yair Krongold, del Instituto de Astronomía de la UNAM, así como Daniel Rosa González y Divakara Mayya del INAOE, usaron el telescopio XMM-Newton para ver un cuasar, una galaxia masiva con un agujero negro supermasivo en su centro comiendo materia y brillando intensamente en rayos-X. Observaron este cuasar, cuya luz tarda más de cuatro mil millones de años en llegar a la Tierra, por un total de 18 días, entre 2015 y 2017, en la observación de rayos-X más larga llevada a cabo en una fuente.

Después de analizar los datos, los astrónomos consiguieron encontrar la “sombra” de oxígeno producida por el gas intergaláctico entre nosotros y el cuasar, en dos lugares diferentes a lo largo de nuestra línea de visión.

Esto fue posible porque en el medio intergaláctico hay una gran cantidad de material, incluido oxígeno en grandes cantidades. Sin embargo, los astrónomos aún tenían que estar seguros de que el material que habían detectado en rayos-X se encontraba realmente en un filamento de la maraña cósmica.

Para determinar esto, utilizaron datos en la banda óptica del espectro electromagnético, obtenidos con el tiempo mexicano del Gran Telescopio Canarias, el telescopio de diez metros más grande en la Tierra. Después de analizar cuidadosamente este conjunto de datos usando un software desarrollado en el INAOE, estudiaron la presencia de objetos cósmicos en nuestra línea de visión al cuasar. Los datos del Gran Telescopio Canarias mostraron agrupaciones de galaxias exactamente en el mismo lugar en el que se detectó el gas caliente.

Esta fue la última pieza del rompecabezas, mostrando que el material detectado realmente pertenecía al medio intergaláctico. Contando la cantidad de gas en estos filamentos, finalmente se puede dar cuenta del total de los bariones en nuestro Universo.

Este resultado tan extraordinario representa el principio de una gran tarea. Repetir estas observaciones para otras fuentes a lo largo del cielo son necesarias para confirmar si estos resultados son universales, y para investigar el estado físico de esta materia por tanto tiempo buscada, tarea a la que se dedicarán los astrónomos mexicanos.

Notas para editores

“Observations of the missing baryons in the warm–hot intergalactic medium” by F. Nicastro, J. Kaastra, Y. Krongold et al. publicado en Nature. DOI: 10.1038/s41586-018-0204-1

Acerca del INAOE:

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