“Los modelos estaban en lo cierto”: los astrónomos encuentran materia “faltante”

Astrónomos han descubierto un enorme filamento de gas caliente que conecta cuatro cúmulos de galaxias. Con una masa diez veces mayor que la nuestra, este filamento podría contener parte de la materia faltante del Universo, desvelando así un misterio que se ha prolongado durante décadas.

Astrónomos descubren un vasto filamento de materia "perdida". Más de un tercio de la materia "normal" del Universo local —la materia visible que compone las estrellas, los planetas, las galaxias y la vida— ha desaparecido. Aún no se ha observado, pero es necesaria para que nuestros modelos del cosmos funcionen correctamente. Dichos modelos sugieren que esta esquiva materia podría existir en largas cadenas de gas, o filamentos, que conectan las zonas más densas del espacio. Si bien ya hemos detectado filamentos, es difícil determinar sus propiedades; suelen ser tenues, lo que dificulta aislar su luz de la de galaxias, agujeros negros y otros objetos cercanos. Una nueva investigación es una de las primeras en lograr precisamente esto, al encontrar y caracterizar con precisión un único filamento de gas caliente que se extiende entre cuatro cúmulos de galaxias en el Universo cercano. Los astrónomos utilizaron el telescopio espacial XMM-Newton de la ESA y el telescopio espacial de rayos X Suzaku de la JAXA para realizar el descubrimiento. Esta imagen muestra el nuevo filamento, que conecta cuatro cúmulos de galaxias: dos en un extremo y dos en el otro. Estos cúmulos son visibles como puntos brillantes en la parte inferior y superior del filamento (cuatro puntos blancos rodeados de color). Una banda moteada de color púrpura se extiende entre estos puntos brillantes, destacando con fuerza contra el cielo negro circundante; este es el filamento de gas caliente emisor de rayos X, no visto antes, y que contiene un trozo de materia "perdida". La banda púrpura comprende datos de Suzaku. Los astrónomos lograron identificar y eliminar cualquier posible fuente "contaminante" de rayos X del filamento utilizando XMM-Newton, dejando atrás un hilo puro de materia "perdida". Estas fuentes se pueden ver aquí como puntos brillantes que atraviesan y se eliminan de la emisión del filamento. [Descripción de la imagen: La imagen muestra un cúmulo de puntos brillantes y coloridos sobre un fondo negro. Los puntos son principalmente púrpuras con áreas de intenso brillo en el centro, que van del amarillo al verde y al azul. Estas manchas están conectadas por una tenue estructura púrpura, formando una forma extendida irregular con manchas borrosas en cada extremo.] CRÉDITO: ESA/XMM-Newton e ISAS/JAXA, AGRADECIMIENTOS Migkas et al. (2025)

Los astrónomos utilizaron los telescopios espaciales de rayos X XMM-Newton de la Agencia Espacial Europea y Suzaku de JAXA para realizar el descubrimiento.

Más de un tercio de la materia «normal» del universo local, la materia visible que compone las estrellas, los planetas, las galaxias y la vida, ha desaparecido. Aún no se ha visto, pero es necesaria para que nuestros modelos del cosmos funcionen correctamente.

Dichos modelos sugieren que esta materia esquiva podría existir en largas cadenas de gas, o filamentos, que conectan las zonas más densas del espacio. Si bien hemos detectado filamentos antes, es difícil distinguir sus propiedades; suelen ser tenues, lo que dificulta aislar su luz de la de galaxias, agujeros negros y otros objetos cercanos.

Una nueva investigación es ahora una de las primeras en hacer precisamente esto: encontrar y caracterizar con precisión un único filamento de gas caliente que se extiende entre cuatro cúmulos de galaxias en el Universo cercano.

“Por primera vez, nuestros resultados coinciden estrechamente con lo que observamos en nuestro modelo principal del cosmos, algo inédito”, afirma el investigador principal, Konstantinos Migkas, del Observatorio de Leiden (Países Bajos). “Parece que las simulaciones fueron correctas desde el principio”.

Astrónomos descubren un vasto filamento de materia "perdida". 

XMM-Newton en el caso

Con una temperatura de más de 10 millones de grados, el filamento contiene aproximadamente diez veces la masa de la Vía Láctea y conecta cuatro cúmulos de galaxias: dos en un extremo y dos en el otro. Todos forman parte del Supercúmulo Shapley, un conjunto de más de 8000 galaxias que forma una de las estructuras más masivas del universo cercano.

El filamento se extiende en diagonal alejándose de nosotros a través del supercúmulo durante 23 millones de años luz, el equivalente a atravesar la Vía Láctea de extremo a extremo unas 230 veces.

Konstantinos y sus colegas caracterizaron el filamento combinando observaciones de rayos X de XMM-Newton y Suzaku y analizando datos ópticos de varios otros.

Los dos telescopios de rayos X resultaron ser la pareja ideal. Suzaku cartografió la tenue luz de rayos X del filamento en una amplia región del espacio, mientras que XMM-Newton localizó con gran precisión las fuentes contaminantes de rayos X, en concreto los agujeros negros supermasivos, que se encontraban dentro del filamento.

“Gracias a XMM-Newton pudimos identificar y eliminar estos contaminantes cósmicos, así que sabíamos que estábamos observando el gas del filamento y nada más”, añade el coautor Florian Pacaud, de la Universidad de Bonn, Alemania. “Nuestro enfoque fue realmente exitoso y revela que el filamento es exactamente como esperábamos de nuestras mejores simulaciones del universo a gran escala”.

El presupuesto cósmico de materia "ordinaria". Mientras que la misteriosa materia oscura y la energía oscura constituyen aproximadamente el 25 y el 70 por ciento de nuestro cosmos, respectivamente, la materia ordinaria que compone todo lo que vemos, desde estrellas y galaxias hasta planetas y personas, representa solo un cinco por ciento. Sin embargo, las estrellas en las galaxias de todo el Universo solo representan un siete por ciento de toda la materia ordinaria. El gas interestelar frío que permea las galaxias, la materia prima para crear estrellas, representa aproximadamente el 1,8 por ciento del total, mientras que el gas caliente y difuso en los halos que rodean las galaxias representa aproximadamente el cinco por ciento, y el gas aún más caliente que llena los cúmulos de galaxias, las estructuras cósmicas más grandes unidas por la gravedad, representa el cuatro por ciento. Esto no es sorprendente: las estrellas, las galaxias y los cúmulos de galaxias se forman en los nudos más densos de la red cósmica, la distribución filamentosa de materia oscura y ordinaria que se extiende por todo el Universo. Si bien estos sitios son densos, también son raros, por lo que no son los mejores lugares para buscar la mayor parte de la materia cósmica. La mayor parte de la materia ordinaria del Universo, o bariones, debe estar latente en los filamentos ubicuos de esta red cósmica, donde la materia es, sin embargo, menos densa y, por lo tanto, más difícil de observar. Utilizando diferentes técnicas a lo largo de los años, lograron localizar una buena parte de este material intergaláctico, principalmente su componente frío (también conocido como bosque Lyman-alfa, que representa alrededor del 28 % de todos los bariones) y su componente cálido (alrededor del 15 %). Tras dos décadas de observaciones, astrónomos que utilizan el observatorio espacial XMM-Newton de la ESA han detectado el componente caliente de este material intergaláctico a lo largo de la línea de visión de un cuásar distante. La cantidad de gas intergaláctico caliente detectada en estas observaciones representa hasta el 40 % de todos los bariones del Universo, lo que reduce la cantidad total de materia ordinaria en el cosmos. CRÉDITO: ESA

Realmente no falta

Además de revelar un enorme y nunca antes visto hilo de materia que recorre el cosmos cercano, el hallazgo muestra cómo algunas de las estructuras más densas y extremas del Universo, los cúmulos de galaxias, están conectadas a distancias colosales.

También arroja luz sobre la naturaleza misma de la «red cósmica» , la vasta e invisible telaraña de filamentos que sustenta la estructura de todo lo que vemos a nuestro alrededor.

“Esta investigación es un gran ejemplo de colaboración entre telescopios y crea un nuevo punto de referencia para detectar la luz que proviene de los tenues filamentos de la red cósmica”, añade Norbert Schartel, científico del proyecto XMM-Newton de la ESA.

Más fundamentalmente, refuerza nuestro modelo estándar del cosmos y valida décadas de simulaciones: parece que la materia 'faltante' podría estar realmente escondida en hilos difíciles de ver entretejidos a lo largo del Universo.

Construir una imagen precisa de la red cósmica es el objetivo de la misión Euclid de la ESA . Lanzada en 2023, Euclid explora la estructura y la historia de esta red. La misión también profundiza en la naturaleza de la materia y la energía oscuras —ninguna de las cuales se ha observado jamás, a pesar de representar el 95 % del Universo— y colabora con otros investigadores del Universo oscuro para resolver algunos de los misterios cósmicos más grandes y antiguos.

Catálogo de galaxias simuladas de Euclid, la misión insignia. La misión Euclid de la ESA ofrecerá una ventana única a la evolución de nuestro Universo de 13.800 millones de años. Cartografiará la historia de la estructura del Universo mediante el estudio de miles de millones de galaxias. De esta forma, podrá investigar la naturaleza de la materia oscura invisible, que se manifiesta por las fuerzas que ejerce sobre la materia ordinaria, y la misteriosa energía oscura que impulsa la expansión acelerada del Universo. Para prepararse para la enorme y compleja serie de mediciones, equipos de científicos de Euclid han creado el mayor catálogo de galaxias simuladas jamás producido: el catálogo de galaxias simuladas de Euclid Flagship. Se basa en una simulación récord por supercomputadora de dos billones de partículas de materia oscura y contiene más de dos mil millones de galaxias distribuidas por el espacio tridimensional que Euclid estudiará. La simulación reproduce con exquisita precisión el surgimiento de la estructura a gran escala del Universo: galaxias y cúmulos de galaxias dentro de la tenue red cósmica que comprende tanto la materia oscura como la materia "normal". La simulación también imita las complejas propiedades que presentan las fuentes reales, como sus formas, colores y luminosidades, así como las distorsiones de "lente gravitacional" que afectan a la luz emitida por galaxias distantes al llegar a nosotros. En esta imagen se muestra un extracto de la simulación, que abarca desde el Universo local actual (izquierda) hasta cuando tenía unos 3.000 millones de años (derecha), cuando los cúmulos de galaxias comenzaban a formarse. Al ampliar la imagen, se obtienen detalles cada vez más precisos. Las galaxias centrales, que pueblan el centro de los "halos" de materia oscura, están coloreadas en verde. Las galaxias satélite, que residen en los halos más masivos de los picos de mayor densidad de la materia oscura subyacente, se indican en rojo. Con este nuevo universo virtual, los científicos podrán prepararse mejor para la misión y, en última instancia, evaluar su rendimiento. Además, será una herramienta esencial para desarrollar el software de procesamiento y análisis científico de datos necesario para una misión con una gran cantidad de datos. El Consorcio Euclid anunció la publicación del catálogo de galaxias simuladas el 7 de junio. La simulación fue desarrollada en el superordenador Piz Daint, alojado en el Centro Nacional Suizo de Supercomputación, por un equipo de científicos de la Universidad de Zúrich, dirigido por Joachim Stadel. Los equipos que crearon el catálogo resultante tienen su sede en el Institut de Ciències de L’Espai (ICE, IEEC-CSIC) y el Port d’Informació Científica (PIC) de Barcelona, ​​en colaboración con el Grupo de Trabajo de Simulaciones Cosmológicas, dirigido por Pablo Fosalba (ICE, IEEC-CSIC) y Romain Teyssier (Universidad de Zúrich). Créditos: J. Carretero (PIC), P. Tallada (PIC), S. Serrano (ICE) y el Grupo de Trabajo de Simulaciones Cosmológicas del Consorcio Euclid.

Notas para los editores

"La detección de la emisión WHIM pura de un filamento de 7,2 Mpc de longitud en el supercúmulo Shapley mediante espectroscopia de rayos X  por K. Migkas et al". se publica hoy en  Astronomy & Astrophysics .  DOI:  10.1051/0004-6361/202554944

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Relaciones con los medios de la ESA

media@esa.int

Publicado en ESA el 19 de junio del 2025, enlace publicación.