Astrónomos capturan la primera imagen de gas difuso dentro de la red de filamentos que conectan las galaxias en la red cósmica.

Astrónomos han descubierto un quásar lejano que ilumina una enorme nebulosa de gas difuso, revelando por primera vez parte de la red de filamentos que se piensa que conecta las galaxias en una red cósmica. El estudio fue liderado por investigadores de la Universidad de California.

Usando el Telescopio Keck I de 10 metros en el Observatorio W. M. Keck en Hawái, los investigadores detectaron una nebulosa de gas muy grande y brillante que se extiende por aproximadamente 2 millones de años-luz a través del espacio intergaláctico.

“Este es un objeto excepcional: es enorme, al menos el doble de tamaño de cualquier nebulosa detectada antes, y se extiende más allá del entorno galáctico del quásar”, dijo el autor principal Sebastiano Cantalupo, becario postdoctoral en UC Santa Cruz.

El modelo cosmológico estándar de la formación de estructuras en el Universo predice que las galaxias están incrustadas en una red cósmica de materia, la mayoría de la cual (alrededor del 84%) es materia oscura. Esta red es visible en los resultados de las simulaciones informáticas de la evolución de la estructura del Universo, las que muestran la distribución de la materia oscura a gran escala, incluyendo los halos de materia oscura en que se forman las galaxias y la red cósmica de filamentos que las conectan (ver imagen inferior). La gravedad causa que la materia “normal” siga la distribución de la materia oscura, así que se espera que los filamentos de gas ionizado y difuso tracen un patrón similar al observado en las simulaciones de la materia oscura.

Hasta ahora, sin embargo, estos filamentos nunca habían sido observados. El gas intergaláctico ha sido detectado por su absorción de la luz procedente de fuentes de fondo brillantes, pero esos resultados no revelan cómo está distribuido el gas. En este estudio, los investigadores detectaron el resplandor fluorescente del gas hidrógeno resultante de su iluminación por la intensa radiación del quásar.

“Este quásar está iluminando el gas difuso a escalas mucho más allá de lo que hemos visto antes, dándonos la primera imagen del gas extendido entre galaxias. Nos proporciona una visión espectacular de la estructura global de nuestro universo”, dijo el coautor J. Xavier Prochaska, profesor de astronomía y astrofísica en UC Santa Cruz.

El gas hidrógeno iluminado por el quásar emite luz ultravioleta conocida como radiación Lyman-alfa. La distancia al quásar es tan grande (alrededor de 10.000 millones de años-luz) que la luz emitida es “estirada” por la expansión del Universo desde una longitud de onda ultravioleta invisible a un violeta visible al momento en que alcanza al telescopio Keck. Conociendo la distancia al quásar, los investigadores calcularon la longitud de onda para la radiación Lyman-alfa a partir de la distancia y construyeron un filtro especial para el espectrómetro LRIS del telescopio y así obtener una imagen en esa longitud de onda.

“Hemos estudiado otros quásares de esta manera sin detectar gas tan extendido”, dijo Cantalupo. “La luz del quásar es como el rayo de luz de una linterna, y en este caso fuimos muy afortunados de que la linterna estuviese apuntando hacia la nebulosa y haciendo que el gas brille. Pensamos que es parte de un filamento que puede estar incluso más extendido que este, pero solo vemos la parte del filamento que es iluminada por la emisión producida por el quásar”.

Un quásar es un tipo de núcleo galáctico activo que emite intensa radiación producida por un agujero negro supermasivo en el centro de la galaxia. En un sondeo anterior de quásares lejanos utilizando la misma técnica para buscar gas brillante, Cantalupo y otros detectaron las conocidas como “galaxias oscuras”, los cúmulos de gas más densos en la red cósmica. Se piensa que estas galaxias oscuras son demasiado pequeñas o bien demasiado jóvenes para haber formado estrellas.

“Las galaxias oscuras son partes mucho más densas y pequeñas de la red cósmica. En esta nueva imagen, también vemos galaxias oscuras, además de la nebulosa mucho más difusa y extensa”, dijo Cantalupo. “Parte de este gas caerá en las galaxias, pero la mayoría seguirá disperso y nunca formará estrellas”.

Los investigadores estimaron que la cantidad de gas en la nebulosa es, como mínimo, diez veces más de lo esperado a partir de los resultados de las simulaciones. “Pensamos que puede haber más gas contenido en cúmulos pequeños y densos dentro de la red cósmica de lo que se ve en nuestros modelos. Estas observaciones desafían nuestra comprensión del gas intergaláctico y nos otorgan un nuevo laboratorio para probar y perfeccionar nuestros modelos”, dijo Cantalupo.

El estudio “A cosmic web filament revealed in Lyman-α emission around a luminous high-redshift quasar” fue publicado el 19 de enero en la revista Nature.

Fuente: UCSC