Detectan cómo se fusionan dos cúmulos de galaxias gigantes y abren nuevas pistas sobre la materia oscura

Un cúmulo de galaxias ha sido objeto de un minucioso estudio dirigido por David Wittman de la Universidad de California, Davis. El trabajo realizado con el espectrógrafo multiobjeto DEIMOS del Observatorio Keck permitió captar evidencia de un proceso de fusión galáctica en pleno desarrollo.

Esta observación ofrece una oportunidad única para analizar cómo interactúan las estructuras cósmicas gigantescas y para profundizar en el estudio de la materia oscura durante colisiones de alta velocidad entre cúmulos, aspectos clave tanto para la cosmología como para la evolución de las galaxias, según describe el artículo publicado en el repositorio de preimpresiones arXiv.

En el trabajo, los astrónomos subrayan que el cúmulo denominado RXC J0032.1+1808 constituye una fusión “rica e importante”, caracterizada además por su estructura bimodal, fenómeno que lo distingue como un laboratorio natural para explorar de manera directa la física de los cúmulos en fusión y los mecanismos de aceleración de rayos cósmicos en estos entornos extremos.

El equipo de Wittman atribuye especial valor a este sistema debido a la combinación de diferentes observaciones, incluyendo el registro previo de una reliquia de radio en la región, que refuerza el carácter poscolisión del cúmulo.

Las cifras que arrojan los análisis resultan elocuentes. El cúmulo RXC J0032.1+1808, previamente identificado como ZwCl 0029.5+1750, se considera un sistema particularmente masivo, con una masa aproximada a 1,1 cuatrillones de masas solares. La observación detallada con el instrumento DEIMOS reveló dos picos bien definidos en la distribución de rayos X, una diferencia fundamental respecto de la morfología óptica —alargada y unitaria— obtenida a través de imágenes y mapas de masa basados en lente gravitacional.

Según el estudio, los dos núcleos identificados en las señales de rayos X están separados por cerca de 1,3 millones de años luz y comparten una orientación norte-sur, lo que indica la presencia de dos subcúmulos en plena fusión. Esta bimodalidad, subraya el equipo de Wittman en el artículo, es una prueba inequívoca de que el cúmulo se encuentra en la fase subsiguiente al primer máximo acercamiento (pericentro), lo que sitúa la observación entre 395 y 560 millones de años tras esa colisión inicial.

“El cúmulo de galaxias RXC J0032.1+1808 ha sido estudiado exhaustivamente mediante imágenes ópticas y mapas de masa de lente gravitacional, que revelan una morfología alargada en dirección norte-sur. Encontramos que su morfología en rayos X es bimodal, lo que sugiere que está en proceso de fusión; en combinación con la detección previa de una reliquia de radio, sugerimos que el sistema se observa después del primer pericentro”, escribieron los autores del estudio en arXiv.

El análisis de las velocidades relativas otorga información esencial sobre la dinámica interna del sistema. Mediante el estudio del corrimiento al rojo de las galaxias integrantes, los investigadores hallaron que la velocidad relativa entre los dos subcúmulos en la línea de visión es muy baja, apenas setenta y seis kilómetros por segundo (76 km/s).

Esta cifra implica que el movimiento principal de los subcúmulos ocurre en el plano celeste, descartando la hipótesis de un choque frontal directo. De este modo, la fusión que protagoniza el cúmulo no se desarrolla a lo largo de la línea visual que conecta la Tierra con el sistema, sino sobre el eje perpendicular.

Los autores sumaron: “Utilizamos simulaciones hidrodinámicas disponibles públicamente para demostrar que no puede tratarse de una fusión frontal, que se observa aproximadamente entre 395 y 560 millones de años después del pericentro”.

Siempre de acuerdo con los autores, el cúmulo RXC J0032.1+1808 se confirma así como un terreno idóneo para investigaciones futuras, tanto por su accesibilidad relativa como por la combinación de observaciones ópticas, de rayos X y de radio que enriquecen su perfil.

Los cúmulos de galaxias, que pueden contener miles de galaxias unidas por la gravedad, evolucionan principalmente mediante procesos de fusión y la acreción de subcúmulos, lo que incrementa su masa y complejidad a lo largo del tiempo. Las estructuras como RXC J0032.1+1808, donde se puede documentar y analizar el choque y la interacción entre dos sistemas masivos, ofrecen un marco privilegiado para examinar la evolución galáctica y los fenómenos físicos que solo se manifiestan en escalas colosales.

De este modo, el estudio liderado por Wittman y su equipo no solo aporta nuevas pruebas sobre la fusión de RXC J0032.1+1808, sino que también reafirma el valor de los cúmulos en interacción como plataformas inigualables para experimentar e investigar cuestiones nucleares de la astrofísica moderna, incluyendo la naturaleza y las propiedades de la materia oscura y la física de los choques que dan forma al universo.