Un distante cuásar ilumina un filamento de la red cósmica

Astrónomos captan primera imagen del gas difuso de la red de filamentos que conectan las galaxias en una red cósmica

Los astrónomos han descubierto un cuásar distante que ilumina un gran nebulosa de gas difuso, revelando por primera vez parte de la red de filamentos que se cree que conecta las galaxias en una red cósmica. Investigadores de la Universidad de California en Santa Cruz dirigieron el estudio, publicado el 19 de enero en Nature.

Esta imagen muestra la nebulosa en cian, que se extiende a través de 2 millones de años-luz que se descubrió en los alrededores del brillante cuásar UM287 (en el centro de la imagen). La energética radiación del cuásar hace resplandecer el gas intergaláctico que lo rodea, lo que revela la morfología y las propiedades físicas de un filamento de red cósmica. La imagen fue obtenida en el Observatorio WM Keck. Crédito: S. Cantalupo, UC Santa Cruz

Utilizando el telescopio Keck I de 10 metros en el Observatorio WM Keck en Hawai, los investigadores detectaron una enorme y luminosa nebulosa de gas que se extiende cerca de 2 millones de años luz a través del espacio intergaláctico.

«Se trata de un objeto muy excepcional: es enorme, por lo menos dos veces mayor que cualquier nebulosa detectada antes, y se extiende mucho más allá del entorno galáctico del cuásar«, dijo el primer autor Sebastiano Cantalupo, un becario postdoctoral en la Universidad de California Santa Cruz.

El modelo cosmológico estándar de formación de estructuras en el universo predice que las galaxias están incrustadas en una red cósmica de materia, la mayoría de ella (aproximadamente el 84 por ciento) es materia oscura invisible. Esta red se ve en los resultados de las simulaciones por ordenador de la evolución de la estructura del universo, que muestra la distribución de la materia oscura a grandes escalas, incluyendo los halos de materia oscura en los que se forman las galaxias y la red cósmica de filamentos que los conectan. La gravedad hace que la materia ordinaria siga a la distribución de la materia oscura, por lo que, se espera que filamentos de difuso gas ionizado tracen un patrón similar al observado en las simulaciones de materia oscura.

Hasta ahora, sin embargo, nunca se habían visto estos filamentos. Se ha detectado gas intergaláctico porque absorbe la luz de las fuentes brillantes del fondo, pero los resultados no revelan cómo se distribuye el gas. En este estudio, los investigadores detectaron el brillo fluorescente del gas de hidrógeno que resulta al ser iluminado por la intensa radiación del cuásar.

Las simulaciones por ordenador sugieren que la materia en el universo está distribuida en una 'red cósmica' de filamentos, como se ve en la imagen de arriba de una simulación a gran escala de la materia oscura (simulación Bolshoi, Anatoly Klypin y Joel Primack). La inserción es una imagen ampliada en alta resolución de una pequeña parte de la red cósmica, a 10 millones de años-luz de diámetro, de una simulación que incluye el gas, así como la materia oscura (Crédito: S. Cantalupo). La intensa radiación de un quásar puede, como una linterna, iluminar parte de la red cósmica que rodea (resaltado en la imagen) y formar un filamento de gas incandescente, como se observó en el caso del cuásar UM287. Crédito: Imagen de fondo: A. Klypin y J. Primack; Recuadro: S. Cantalupo

«Este cuásar está iluminando el difuso gas en una escala mucho más allá de cualquiera de los que hemos visto antes, lo que nos da la primera foto del gas extendido entre las galaxias. Proporciona una visión excelente en la estructura general de nuestro universo», dijo el coautor J. Xavier Prochaska, profesor de astronomía y astrofísica en la Universidad de California en Santa Cruz.

El gas hidrógeno iluminado por el cuásar emite luz ultravioleta, conocida como radiación alfa Lyman. La distancia al cuásar es tan grande (unos 10 millones de años luz) que la luz emitida se «estira» por la expansión del universo a partir de una longitud de onda ultravioleta invisible a un tono más visible de color violeta en el momento en que llega al Telescopio Keck. Conociendo la distancia al cuásar, los investigadores calcularon la longitud de onda de la radiación alfa Lyman desde esa distancia, y construyeron un filtro especial para el espectrómetro LRIS del telescopio para obtener una imagen en esa longitud de onda.

«Hemos estudiado otros cuásares de esta manera sin detectar este extendido gas», dijo Cantalupo. «La luz del cuásar es como un haz de iluminación, y en este caso tuvimos la suerte de que la linterna esté apuntando hacia la nebulosa y hace que el gas resplandezca. Creemos que esto es parte de un filamento que puede ser aún más extendido, pero sólo vemos la parte del filamento que se ilumina por la emisión de los haces del cuásar «.

Un cuásar es un tipo de núcleo galáctico activo que emite una intensa radiación alimentada por un agujero negro supermasivo en el centro de la galaxia. En una exploración anterior de los distantes cuásares usando la misma técnica para buscar gas brillante, Cantalupo y otros detectan las llamadas «galaxias oscuras», los nudos más densos de gas en la red cósmica. Se cree que estas galaxias oscuras son demasiado pequeñas o demasiado jóvenes para tener estrellas formadas.

«Las galaxias oscuras son piezas 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 extendida», dijo Cantalupo. «Parte de este gas caerá en las galaxias, pero la mayor parte seguirá siendo difusa y nunca formará estrellas.»

Los investigadores estimaron que la cantidad de gas en la nebulosa es por lo menos diez veces más de lo esperado de los resultados de las simulaciones por ordenador. «Creemos que puede haber más gas contenido en pequeños grupos densos dentro de la red cósmica de lo que se ve en nuestros modelos. Estas observaciones están desafiando nuestra comprensión del gas intergaláctico y dándonos un nuevo laboratorio para poner a prueba y perfeccionar nuestros modelos», dijo Cantalupo.

Además de Cantalupo y Prochaska, entre los coautores del artículo están Piero Madau, profesor de astronomía y astrofísica en la Universidad de California en Santa Cruz, y Fabrizio Arrigoni-Battaia y José Hennawi en el Instituto Max Planck de Astronomía en Heidelberg, Alemania. Esta investigación fue apoyada por subvenciones de la Fundación Nacional de Ciencia (AST-1010004, OIA-1124453) y la NASA (NNX12AF87G).

Fuente: EurekAlert. Aportado por Eduardo J. Carletti

Más información: