Descripción de la imagen: ¿Qué vemos en esta imagen compuesta en falso color?
Vemos toda la materia del Cúmulo Bala. Los dos cúmulos de galaxias del Cúmulo Bala están en el área azul y las dos nubes de gas galáctico se ven en rayos X, en rojo. Las áreas coloreadas en azul representan la mayor parte de la masa de los cúmulos, es decir, la materia oscura, seis veces más masiva que la materia ordinaria. El cúmulo Bala es el más pequeño de los dos cúmulos, el que atraviesa el otro (área azul de la derecha). La gigantesca colisión ha "despojado" a los dos cúmulos de su halo de gas, provocando una onda de choque visible en la punta de la pequeña mancha roja. Esta onda de choque comprimió y calentó fuertemente el gas del cúmulo hasta alcanzar los 100 millones de grados. Podemos distinguir algo parecido a una bala seguida de su estela de gas. Crédito: NASA CXC CfA.
El Cúmulo Bala, también conocido como 1E 0657-56, es un cúmulo de galaxias famoso por su espectacular colisión entre dos cúmulos más pequeños. Situado a unos 3.400 millones de años luz, este cúmulo ha sido estudiado en detalle por el Telescopio Espacial Hubble y el Observatorio de Rayos X Chandra. Su nombre, "Bala", hace referencia a la forma distintiva del cúmulo resultante de la colisión.
El Cúmulo Bala está compuesto por miles de galaxias, gas caliente y materia oscura. Las observaciones en rayos X de Chandra han revelado que el gas caliente, que representa la mayor parte de la materia bariónica (visible), está separado de la materia oscura. Esta separación es una prueba directa de la existencia de la materia oscura, ya que no interactúa con la materia ordinaria de la misma manera que el gas caliente.
Las observaciones del Cúmulo Bala han permitido a los astrónomos utilizar el efecto de lente gravitacional para mapear la distribución de la materia oscura. Al observar las distorsiones en las imágenes de las galaxias de fondo, los científicos han podido confirmar la presencia y distribución de la materia oscura en el cúmulo. Esta técnica ha sido crucial para comprender la dinámica de la colisión y la estructura interna del cúmulo.
Los cúmulos de galaxias no están compuestos solo de galaxias; también están inmersos en gas frío de baja densidad (alrededor de 1000 partículas/m3) y en gas caliente que alcanza de 10 a 100 millones de grados. A estas temperaturas, el gas está completamente ionizado, formando un plasma visible en el dominio de los rayos X.
El gas está distribuido de manera mucho más difusa; llena el espacio entre las galaxias y se extiende mucho más allá. La masa del gas perteneciente al cúmulo es mucho mayor que la masa de las galaxias en sí. Si medimos la dinámica gravitacional del Universo a gran escala, la masa de la materia ordinaria en el Universo observable representa solo alrededor del 4% de la masa total. Alrededor del 23% correspondería a la materia oscura y el 73% a la energía oscura, como se describe en el modelo SCDM (Materia Oscura Fría Estándar). Lo que observamos a través de la luz de las estrellas, galaxias y cúmulos corresponde solo a la materia ordinaria.
Toda la materia, ordinaria y oscura, está sujeta a las fuerzas del campo gravitacional. El Cúmulo Bala o 1E 0657-56, observable en la constelación de Carina, es el resultado de la colisión de dos cúmulos de galaxias que ocurrió hace unos 150 millones de años. El estudio de esta colisión, que comenzó en agosto de 2006, ha proporcionado una de las pruebas observacionales más sólidas de la existencia de la materia oscura.
Cuando los cúmulos chocan, la materia ordinaria (estrellas, gas y polvo) está sujeta a las fuerzas gravitacionales. En realidad, los objetos masivos como las estrellas casi nunca chocan directamente: el espacio interestelar es inmenso y las estrellas pasan unas junto a otras sin encontrarse. No son destruidas, pero pueden ser ligeramente aceleradas o frenadas por la interacción gravitacional.
Por otro lado, durante la colisión, los gases fríos y calientes, que constituyen la mayor parte de la masa bariónica de los cúmulos, interactúan fuertemente. Estos gases son abruptamente frenados, comprimidos y mezclados debido a su naturaleza difusa, débil unión y libertad atómica. Este comportamiento contrastante es claramente visible en las imágenes compuestas del Cúmulo Bala.
Esta gigantesca colisión entre los dos cúmulos liberó una energía considerable. La observación en el dominio de los rayos X aporta una visión fundamental sobre la materia oscura, ya que las estrellas, los gases y la materia oscura reaccionan de manera muy diferente al choque gravitacional.
Las galaxias de los dos cúmulos se observan en luz visible y aparecen como múltiples puntos blancos. Los gases calientes se detectan en el dominio de los rayos X y aparecen como nubes rojas. La materia oscura, por otro lado, se mapea indirectamente por el efecto de lente gravitacional y se representa con una luz azul difusa.
La imagen muestra cientos de galaxias agrupadas en cúmulos, con un pequeño cúmulo visible en la mancha azul de la derecha y un cúmulo más masivo en la mancha azul de la izquierda. Las envolturas gaseosas asociadas aparecen en rojo. En realidad, el pequeño cúmulo de galaxias ha atravesado el gran cúmulo, dejando atrás su gas fuertemente frenado.
La colisión literalmente "despojó" a los cúmulos de su halo gaseoso, generando una onda de choque visible en la parte frontal de la pequeña mancha roja. Esta onda de choque comprimió y calentó el plasma intra-cúmulo a temperaturas de alrededor de 100 millones de grados. El telescopio Chandra X-ray Observatory midió localmente velocidades de desplazamiento del gas que alcanzaban los 4500 km/s.
Los dos cúmulos están ahora separados por unos 3.400 millones de años luz. La masa total deducida de su dinámica gravitacional es mucho mayor que la masa de la materia ordinaria observable (galaxias visibles en óptica y gas detectado en rayos X). Las regiones coloreadas en azul muestran la distribución de la materia oscura invisible.
Durante esta colisión frontal titánica, la materia oscura se comportó como un componente de colisión insignificante: atravesó el otro cúmulo sin interacción significativa, a diferencia del gas interestelar, que fue arrancado y frenado. Esta clara separación entre la materia oscura y las nubes de gas constituye una prueba directa y robusta de la existencia de la materia oscura.
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