El cúmulo de Coma, situado a unos 300 millones de años luz de la Tierra y formado por miles de galaxias, es uno de los conjuntos de galaxias más masivos y estudiados del universo cercano. Desde que en la década de 1930 proporcionara las primeras evidencias de la existencia de materia oscura, se ha convertido en un laboratorio fundamental para investigar cómo evolucionan las galaxias en los entornos más densos del universo.
Ahora, un estudio liderado por la Universidad de Córdoba (UCO), en el que participa el Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC), ha obtenido las imágenes ópticas más profundas conseguidas hasta la fecha del cúmulo de Coma. Estas observaciones permiten distinguir no solo las galaxias que lo forman, sino también estructuras extremadamente débiles que habitualmente permanecen ocultas: envolturas estelares, corrientes y colas de estrellas generadas por interacciones gravitatorias y la denominada luz intracumular, que ilumina tenuemente el espacio entre las galaxias.
Los resultados, publicados en la revista científica Astronomy & Astrophysics (A&A), han sido posibles gracias a la combinación de técnicas avanzadas de observación y procesamiento de imágenes.
Javier Román, investigador del Departamento de Física de la UCO y responsable del estudio, ha desarrollado una técnica para combinar numerosas imágenes del cúmulo y conseguir una profundidad de observación excepcional. Posteriormente, Yolanda Jiménez Teja, investigadora del IAA-CSIC, ha aplicado un algoritmo desarrollado íntegramente en este instituto para identificar y analizar la luz intracumular.
«El resultado es la imagen más profunda y extensa obtenida hasta la fecha de la luz intracumular de un cúmulo de galaxias. En ella podemos distinguir diferentes subestructuras y variaciones de color que nos ofrecen pistas sobre las trayectorias que han seguido las galaxias de Coma y los procesos que han dado lugar a su configuración actual», explica Jiménez Teja.
Este análisis ha dado lugar a un segundo artículo publicado en Astronomy & Astrophysics, liderado por la investigadora del IAA-CSIC. Ambos trabajos forman parte de una serie de tres investigaciones científicas basadas en las imágenes profundas del cúmulo obtenidas en el marco del proyecto internacional HERON Coma Project.
Imágenes astronómicas capaces de detectar estructuras 2.000 veces más débiles que el cielo nocturno
Los halos estelares, las corrientes de estrellas, las colas de marea y la luz intracumular son estructuras extremadamente débiles que conservan las huellas de las interacciones y los procesos de destrucción de galaxias ocurridos a lo largo de miles de millones de años.
Estos auténticos «registros fósiles» permiten reconstruir la historia evolutiva de las galaxias y los cúmulos, ya que contienen información sobre los movimientos, las colisiones y las interacciones gravitatorias que han experimentado a lo largo del tiempo.
Sin embargo, su escaso brillo dificulta enormemente su detección mediante observaciones convencionales. «Estas estructuras emiten cerca de 2.000 veces menos luz que el propio cielo en la noche más oscura», señala Javier Román, que destaca el reto que supone «recuperar una señal astronómica tan extremadamente débil».
Para conseguirlo, el equipo combinó cerca de 100 horas de observación con el telescopio Jeanne Rich, situado en Lockwood Valley (California, Estados Unidos) y especialmente diseñado para detectar estructuras de bajo brillo superficial.
El posterior procesamiento de los datos permitió separar la tenue señal astronómica de las variaciones y fuentes de contaminación introducidas por la atmósfera, la luz dispersada por estrellas brillantes y el propio instrumento.
Esta combinación de observaciones profundas y técnicas de procesamiento ha permitido obtener una visión mucho más completa de las estructuras que rodean las galaxias y ocupan el espacio entre ellas.
La luz intracumular revela cómo se mueven e interactúan las galaxias de Coma
Una de las principales aportaciones del trabajo liderado desde el IAA-CSIC es el análisis de la luz intracumular, una emisión difusa que procede de estrellas que ya no están ligadas gravitatoriamente a una galaxia individual, sino que forman parte del entorno del cúmulo.
Para estudiar esta componente, el equipo ha utilizado un algoritmo desarrollado íntegramente en el Instituto de Astrofísica de Andalucía. Su principal particularidad es que permite analizar la luz intracumular sin partir de hipótesis previas sobre cómo se distribuye ni excluir las regiones donde se superpone, desde nuestra línea de visión, con la luz de las propias galaxias. De esta manera, los investigadores han conseguido una visión más completa de esta emisión difusa y de las estructuras que contiene.
«El análisis revela que la luz intracumular no se distribuye de manera homogénea, sino que aparece formando nubes y estructuras de distinta concentración alrededor y entre las galaxias más brillantes», explica Yolanda Jiménez Teja. Esta distribución refleja que el cúmulo de Coma continúa siendo un entorno dinámicamente activo y todavía no ha alcanzado un estado de equilibrio. En las regiones donde las interacciones gravitatorias son más intensas, las galaxias pierden estrellas de sus zonas externas, que pasan a formar parte del medio intracumular.
Luz intracumular del cúmulo de Coma. Créditos: Yolanda Jiménez-Teja (IAA-CSIC).
Un puente de luz conecta el centro del cúmulo con el grupo de galaxias NGC 4839
Entre los resultados más destacados de la investigación figura la identificación de un tenue puente de luz intracumular que conecta el centro del cúmulo de Coma con el grupo de galaxias asociado a NGC 4839, situado al suroeste del conjunto. Su detección aporta nuevas pistas sobre la trayectoria de este grupo de galaxias. Frente a la interpretación inicial, que planteaba que NGC 4839 estaba cayendo hacia el centro del cúmulo, la presencia de este puente de luz apunta a que ya habría atravesado esa región y ahora se estaría alejando de ella.
Durante ese desplazamiento habría dejado tras de sí una estela de estrellas arrancadas como consecuencia de su interacción con el gas y las galaxias de Coma. Este hallazgo permite reconstruir mejor los movimientos de los grupos de galaxias y los procesos gravitatorios que han contribuido a configurar el cúmulo.
«La distribución de esta luz difusa constituye un registro de los movimientos e interacciones que han dado forma al cúmulo a lo largo de su historia», concluye Jiménez Teja.
