Núcleo Milenio MINGAL demostró correlación directa entre elongación de cúmulos de galaxias y orientación de filamentos cósmicos mediante análisis de imágenes ópticas del Legacy Survey y observaciones en rayos X del telescopio eROSITA, confirmando que filamentos son principales rutas de acreción de materia hacia cúmulos a más de 300 millones de años luz.
A distancias enormes de nuestro planeta, mayores a los 300 millones de años luz, la materia del universo se distribuye en una gigantesca red de hilos (filamentos) y vacíos, formando lo que los astrónomos denominan la telaraña cósmica. “En las regiones donde estos filamentos se cruzan se ubican los cúmulos de galaxias, que crecen a lo largo del tiempo al atraer gas, materia oscura y otras galaxias desde las estructuras vecinas”, explica Raúl Baier, investigador del Núcleo Milenio de Galaxias (MINGAL) y estudiante de postgrado en Ciencias Físicas de la Universidad Técnica Federico Santa María.
Correlación entre elongación de cúmulos y orientación de filamentos
“Nuestros resultados confirman observacionalmente el escenario en el que los filamentos son las principales rutas de acreción de materia hacia los cúmulos de galaxias, mostrando una correlación directa entre la elongación de los cúmulos y la inclinación de los filamentos conectados a estos”, agrega Baier.
Esta correlación es evidencia observacional clave que valida predicciones de modelos teóricos y simulaciones cosmológicas: los cúmulos no crecen de manera isotrópica (uniforme en todas direcciones) sino que son alimentados preferentemente por flujos de materia que llegan a través de filamentos específicos, generando estructuras elongadas alineadas con esos canales de acreción.
Aplicaciones en evolución de galaxias y cosmología
“El trabajo tiene aplicaciones en diversas áreas de la astrofísica. Resulta especialmente útil para quienes estudian la evolución de las galaxias y para los investigadores en cosmología, al aportar información sobre la distribución y el flujo de materia a gran escala”, añade Baier.
También destaca su valor para validar modelos teóricos y simulaciones, al ofrecer observaciones concretas sobre cómo se estructura la materia en el universo. Las simulaciones cosmológicas predicen formación de telaraña cósmica desde condiciones iniciales post-Big Bang, pero validar esas predicciones requiere detección observacional de filamentos débiles y difusos, técnicamente desafiante.
Metodología: combinación de datos ópticos y rayos X
Los resultados se obtuvieron utilizando imágenes ópticas del Legacy Survey junto con las observaciones de cúmulos de galaxias realizadas en rayos X por el telescopio espacial eROSITA. Para detectar los filamentos cósmicos en los datos del Legacy Survey se empleó la técnica DisPerSE.
Posteriormente, se aplicó un modelo probabilístico denominado Probabilistic Hough Transform para determinar la inclinación de los filamentos conectados a los cúmulos, y el código SExtractor para caracterizar la forma de los cúmulos detectados en rayos X. Finalmente, se identificó qué filamentos estaban alineados con los cúmulos y se cuantificó la fracción de estos alineamientos.
La combinación de datos ópticos (que rastrean galaxias) y rayos X (que mapean gas caliente intracumular) permite reconstrucción completa de estructura: filamentos contienen galaxias y gas menos denso, mientras que cúmulos concentran gas caliente que emite rayos X por bremsstrahlung térmico.
Cuatro años de generación de datos, año y medio de análisis
El trabajo tomó alrededor de un año y medio de desarrollo directo, aunque los datos necesarios comenzaron a generarse hace más de cuatro años. Alexis Finoguenov (Universidad de Helsinki) fue responsable de generar los catálogos de cúmulos en rayos X, mientras que Baier junto a Yara Jaffé, directora alterna de MINGAL y académica de la UTFSM, lideraron el mapeo de galaxias, la identificación de filamentos y la comparación con los cúmulos observados.
Próximo paso: comparación con simulaciones cosmológicas
El siguiente paso será comparar los resultados observacionales con simulaciones cosmológicas, para comprender en detalle los procesos físicos que determinan la formación de los cúmulos y su relación con la red cósmica. “Buscamos conectar la observación, la teoría y la computación, para entender cómo se estructura el universo a gran escala”, concluye Baier.
Esta triangulación metodológica (observación-teoría-simulación) es estándar de oro en cosmología moderna: observaciones proveen datos empíricos, teoría predice comportamiento basado en física fundamental, y simulaciones computan evolución de sistemas complejos que no tienen soluciones analíticas.
Colaboración nacional e internacional
El proyecto fue desarrollado por científicos del survey CHANCES (Chilean Cluster Galaxy Evolution Survey), parte del consorcio internacional 4MOST, en colaboración con miembros del núcleo MINGAL. Participaron Christopher Haines (Universidad de Atacama), Hugo Méndez (Universidad de La Serena), Alexis Finoguenov y Antonela Monachesi (Universidad de La Serena).
El estudio, titulado The role of supercluster filaments in shaping galaxy clusters, fue publicado en la revista Astronomy & Astrophysics.
