Coma o Cabellera de Berenice: El Coloso Cósmico

¿Qué es un cúmulo de galaxias?

Definición y composición de los cúmulos

Los cúmulos de galaxias son las mayores estructuras observables de nuestro Universo. Están formados por cientos de galaxias, unidas por sus propias atracciones gravitacionales.

Entre las galaxias hay mucha materia, mucha más materia que en las propias galaxias; esta materia está formada por gas más o menos caliente y granos de polvo. El gas caliente, cuya temperatura puede alcanzar los 100 millones de grados, forma un plasma, es decir, una sopa de materia en la que los electrones están separados de los núcleos. En esta sopa de baja densidad, 1000 partículas por metro cúbico, solo hay partículas cargadas, es decir, iones y electrones separados. Este plasma es un fuerte emisor de rayos X.

Las observaciones de las velocidades de las galaxias y del gas intracúmulo muestran que la masa visible (estrellas, gas) no es suficiente para explicar las fuerzas gravitacionales observadas. La mayor parte de la masa del cúmulo se atribuye por tanto a la materia oscura.

Estructura del cúmulo de Coma

Una arquitectura esférica y densa

El cúmulo de Coma es un cúmulo de galaxias. Es esférico, muy denso en su centro, y contiene más de 1000 galaxias identificadas. Se encuentra a 300 millones de años luz junto con el cúmulo de Virgo en la constelación de Virgo.

Brazos de gas caliente a escala de medio millón de años luz

Estos enormes brazos de gas caliente que se ven en el cúmulo de galaxias de Coma cubren al menos medio millón de años luz. Este campo de visión nos da una idea de cómo el cúmulo de Coma ha crecido y sigue creciendo gracias a las fusiones de pequeños grupos de cúmulos de galaxias.

Una de las mayores estructuras mantenidas por la gravedad

Actualmente es una de las mayores estructuras del Universo mantenidas unidas por la gravedad. Los datos ópticos de esta imagen compuesta muestran cientos de galaxias pertenecientes al cúmulo de Coma.

La preponderancia del gas caliente

Todas estas galaxias ensambladas representan poca masa en comparación con el conjunto de la estructura cósmica gaseosa. Contienen solo aproximadamente una sexta parte de la masa de gas caliente. Además, en esta imagen procesada con datos de Chandra, solo vemos las emisiones de rayos X más brillantes. En realidad, el gas caliente llena completamente el campo de visión.

Origen de los brazos de gas y papel de los campos magnéticos

Brazos formados por el gas arrancado durante los desplazamientos

Los investigadores creen que estos gigantescos brazos probablemente se formaron con el gas perdido por los cúmulos de galaxias en su desplazamiento. El gas fue arrancado por los "vientos" creados por el movimiento del cúmulo de galaxias. En la imagen ampliada, podemos ver galaxias que arrastran tras ellas una nube de gas caliente (en rosa).

Una peculiaridad: dos galaxias elípticas gigantes en el centro

Coma es un cúmulo de galaxias inusual, ya que contiene no una, sino dos galaxias elípticas gigantes cerca de su centro. Estas dos galaxias elípticas gigantes son probablemente el resultado de fusiones en el pasado de pequeños grupos de galaxias.

Fusiones turbulentas... pero un gas sorprendentemente liso

La mayoría de los modelos teóricos predicen que las fusiones entre grupos como los de Coma producen una fuerte turbulencia, como en la superficie del mar agitada por el paso de muchos barcos. La observación del cúmulo de Coma muestra que estos largos brazos de gas caliente de forma lisa se encuentran en un entorno bastante tranquilo, incluso después de numerosas fusiones.

Campos magnéticos como reguladores de la turbulencia

Aunque la cantidad de turbulencia en un cúmulo de galaxias es difícil de estimar, los astrofísicos creen que son los campos magnéticos a gran escala los que probablemente son responsables de la poca turbulencia presente en Coma.

El dominio de la materia oscura en el cúmulo de Coma

Velocidades que delatan una masa invisible

La dinámica de las galaxias dentro del cúmulo de Coma está dominada por la gravedad de la materia oscura. Las velocidades orbitales de las galaxias pueden alcanzar varios cientos de kilómetros por segundo, valores demasiado altos para ser explicados por la masa visible de las estrellas y el gas intracúmulo. Aplicando el teorema del virial, los astrofísicos estiman que la masa total del cúmulo alcanza aproximadamente 10¹⁵ masas solares.

Una masa visible insignificante frente a la invisible

Sin embargo, la masa visible (galaxias y gas caliente combinados) representa solo alrededor del 15% de este valor. El resto, es decir, casi el 85%, se atribuye por tanto a una forma de materia aún poco conocida: la materia oscura. Esta no emite, absorbe ni dispersa luz, pero se manifiesta a través de su huella gravitacional en los movimientos de los objetos celestes.

La materia oscura, arquitecta de las grandes estructuras

Las simulaciones numéricas de la formación de grandes estructuras cósmicas muestran que cúmulos como Coma se formaron por el colapso gravitacional de vastos halos de materia oscura, que luego atraen y atrapan el gas y las galaxias. La distribución espacial de las galaxias en el cúmulo de Coma, muy concentrada en su centro, está en perfecto acuerdo con las predicciones de los modelos de materia oscura fría (CDM (cold Dark Matter)).

Un laboratorio para desentrañar los misterios del Universo oscuro

El cúmulo de Coma es, por tanto, uno de los mejores laboratorios para probar nuestra comprensión de la materia oscura y las leyes de la gravedad a gran escala. Futuras observaciones, especialmente en lentes gravitacionales débiles o con instrumentos como el telescopio espacial Euclid, permitirán cartografiar con mayor precisión la distribución de esta masa invisible y restringir las propiedades de la materia oscura.