Una imagen del cúmulo del Fénix construida con observaciones del telescopio espacial Hubble, el observatorio de rayos X Chandra y el radiotelescopio Very Large Array.(Crédito de la imagen: NASA, CXC, NRAO, ESA, M. McDonald (MIT)).
¿Cómo se enfría un ave fénix? No me refiero a los pájaros mitológicos de las llamas y el renacimiento, sino a un homónimo cósmico de naturaleza ardiente.
Gracias al telescopio espacial James Webb (JWST), los astrónomos pueden tener por fin la respuesta. Utilizaron este potente instrumento para investigar el enfriamiento extremo del gas en el cúmulo del Fénix, una agrupación de galaxias unidas por la gravedad situada a unos 5.800 millones de años-luz de la Tierra. Las estrellas sólo pueden formarse cuando el gas se enfría lo suficiente como para aglutinarse en manchas demasiado densas, razón por la que los científicos están especialmente interesados en cómo el cúmulo del Fénix forma estrellas. De hecho, esta parte del universo forma estrellas a un ritmo increíble.
Este increíble ritmo persiste a pesar de que en el corazón del cúmulo Phoenix hay un agujero negro supermasivo 10.000 millones de veces más masivo que el Sol. Este monstruoso agujero negro actúa como un acelerador natural de partículas que expulsa el gas y lo mantiene caliente, lo que, según la teoría, debería frenar la formación de estrellas.
Esta aparente contradicción ha convertido al cúmulo del Fénix en un objeto de misterio.
Sin embargo, la nueva investigación del JWST podría finalmente poner fin a la confusión, basándose en una década de estudios previos realizados con el telescopio espacial Hubble, el observatorio de rayos X Chandra y una gran cantidad de observatorios terrestres. «Podemos comparar nuestros estudios anteriores del cúmulo del Fénix, que encontraron diferentes velocidades de enfriamiento a diferentes temperaturas, con una pista de esquí», dijo Michael McDonald del Instituto de Tecnología de Massachusetts en Cambridge e investigador principal del programa, en un comunicado. «El cúmulo de Phoenix posee la mayor reserva de gas caliente y refrigerante de todos los cúmulos de galaxias, lo que equivale a tener el telesilla más concurrido, que lleva al mayor número de esquiadores a la cima de la montaña. Sin embargo, no todos esos esquiadores bajan por la montaña, lo que significa que no todo el gas se enfría a bajas temperaturas. «Si en una pista de esquí hubiera mucha más gente bajando del telesilla en la parte superior que llegando a la inferior, ¡sería un problema!».
Este equipo cree que el JWST ha localizado por fin a estos «esquiadores perdidos» atrapados a mitad de camino en la «montaña» de temperatura del cúmulo de Phoenix.»
Los «esquiadores perdidos» en la ladera del Cúmulo del Fénix
Utilizando el Instrumento del Infrarrojo Medio (MIRI) del JWST, el equipo recogió datos espectroscópicos 2D de la región del cielo que contiene el Cúmulo del Fénix, estudiando así el núcleo de esta agrupación de galaxias con un detalle sin precedentes.
Esto ayudó a los investigadores a localizar el gas refrigerante «ausente» que contribuye a la formación de estrellas. También descubrieron que este gas, con una temperatura de unos 540.000 grados Fahrenheit (300.000 grados Celsius), se encontraba dentro de cavidades en el Cúmulo del Fénix.
Datos espectroscópicos recogidos por el JWST superpuestos a una imagen del cúmulo del Fénix que combina datos del telescopio espacial Hubble de la NASA, del observatorio de rayos X Chandra y del radiotelescopio Very Large Array (VLA). El JWST detectó el gas refrigerante que provoca un furioso ritmo de formación estelar en este cúmulo masivo de galaxias. (Crédito de la imagen: NASA, CXC, NRAO, ESA, M. McDonald (MIT), M. Reefe (MIT), J. Olmsted (STScI))
Estas cavidades trazan tanto el gas increíblemente caliente, con temperaturas de 18 millones de grados Fahrenheit (10 millones de grados Celsius), como el gas enfriado, que tiene 18.000 grados Fahrenheit (10.000 grados Celsius).
«Los estudios anteriores sólo medían el gas en los extremos frío y caliente de la distribución de temperaturas en todo el centro del cúmulo», dijo McDonald. «Estábamos limitados: no era posible detectar el gas ‘caliente’ que buscábamos. Con el JWST, pudimos hacerlo por primera vez».
La sensibilidad de MIRI se ha visto reforzada en esta investigación por un fenómeno natural que se produce en el cúmulo del Fénix, en el que los átomos de neón y oxígeno se ionizan, es decir, pierden sus electrones, en entornos similares. Aunque el oxígeno ionizado es mucho más brillante, sólo es visible en longitudes de onda ultravioletas. En las longitudes de onda del infrarrojo medio detectadas por el JWST, la firma del neón VI era absolutamente explosiva», declaró Michael Reefe, jefe del equipo e investigador del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT). «Aunque esta emisión suele ser más difícil de detectar, la sensibilidad del JWST en el infrarrojo medio corta todo el ruido».
Aunque el Cúmulo Fénix es una conglomeración única de galaxias en cuanto a muchas de sus características, el equipo pretende ahora utilizar esta técnica de «prueba de concepto» y la sensibilidad de MIRI para estudiar también otros cúmulos de galaxias.
La investigación del equipo se publicó el 5 de febrero en la revista Nature.
