El telescopio James Webb proporciona un retrato inédito de la luz fantasmal de cúmulos de galaxias

Imagen del "Primer Campo Profundo" del telescopio James Webb que ha permitido estudiar la luz intracumular del cúmulo SMACS-J0723.3-7327. Crédito: NASA, ESA, CSA, STScI
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Un reciente estudio, liderado íntegramente por el Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), ha obtenido el análisis más completo hasta la fecha de la denominada luz intracumular, un tipo de luz difusa y muy débil que proviene de estrellas en cúmulos que no están unidas gravitacionalmente a ninguna galaxia. El resultado ha sido posible gracias a los datos obtenidos por el nuevo telescopio espacial James Webb (JWST). La investigación proporciona nuevas pistas sobre los procesos de formación de los cúmulos de galaxias y sobre las propiedades de la materia oscura. El estudio se publica en la revista especializada The Astrophysical Journal Letters.

En los cúmulos de galaxias hay una fracción de estrellas que vagan en el espacio intergaláctico debido a que son arrancadas por enormes fuerzas de marea que se generan entre las distintas galaxias del cúmulo. El brillo que proviene de estas estrellas recibe el nombre de luz intracumular (ICL por sus siglas en inglés) y es extremadamente débil, sólo un 1% o menos del brillo del cielo más oscuro que se puede observar desde la Tierra. Este es uno de los motivos por el que las imágenes tomadas desde el espacio son extremadamente útiles para su análisis.

Cúmulo SMACS-J0723.3-7327
Imagen de la luz intracumular del cúmulo SMACS-J0723.3-7327 obtenida por el JWST. Los datos han sido procesados por el equipo del IAC para mejorar la detección de la débil luz entre las galaxias (en blanco y negro). Crédito: NASA, ESA, CSA, STScI 

Las longitudes de onda infrarrojas permiten obtener información de zonas más lejanas del centro del cúmulo que la luz que nos llega en el visible. Gracias a la eficiencia en longitudes de onda infrarrojas y a la nitidez de las imágenes obtenidas por el JWST, los investigadores del IAC Mireia Montes e Ignacio Trujillo han sido capaces de explorar la luz intracumular del cúmulo SMACS-J0723.3-7327 con un nivel de detalle sin precedentes. De hecho, las imágenes obtenidas con el JWST del centro de este cúmulo son dos veces más profundas que imágenes anteriores tomadas por el telescopio espacial Hubble“En este estudio demostramos el gran potencial del JWST para poder observar algo tan débil”, explica Mireia Montes, primera autora del artículo. “Esto nos va a permitir estudiar cúmulos de galaxias más lejanos y con mucho más detalle”, añade.

Para poder analizar esta luz “fantasmal” extremadamente débil, además de necesitar las capacidades de observación del nuevo telescopio espacial, los investigadores han desarrollado nuevas técnicas de análisis, mejorando las que existían hasta la fecha. “De este trabajo cabe destacar el procesado que se ha hecho para conseguir estudiar la luz intracumular, una estructura débil y extendida, y que es totalmente necesario para evitar sesgos en nuestras mediciones”, señala la investigadora.

Gracias a los datos obtenidos, los investigadores han podido demostrar el potencial que tiene la luz intracumular para estudiar y comprender los procesos que intervienen en la formación de estructuras tan masivas como los cúmulos de galaxias. ”Analizando esta luz difusa encontramos que las partes internas del cúmulo están siendo formadas por una fusión de galaxias masivas, mientras que las partes externas son debidas a la acreción de galaxias similares a nuestra Via Láctea”, apunta Montes.

Sin embargo, las observaciones no solo proporcionan nuevas pistas sobre la formación de los cúmulos de galaxias, sino también sobre las propiedades de un misterioso componente de nuestro universo: la materia oscura. Las estrellas que emiten la luz intracumular siguen el campo gravitatorio del cúmulo, lo que convierte a este tipo de luz en un trazador excelente de la distribución de materia oscura.“El JWST nos permitirá caracterizar con una precisión sin precedentes la distribución de materia oscura en estas estructuras gigantescas y arrojar luz sobre su naturaleza última”, concluye Ignacio Trujillo, segundo autor del trabajo.

Artículo: Montes, Mireia; Trujillo, Ignacio: “A new era of intracluster light studies with JWST”, The Astrophysical Journal Letters, 2022. DOI: 10.3847/2041-8213/ac98c5 

Contactos en el IAC:

Mireia Montes, mireia.montes [at] iac.es
Ignacio Trujillo, itc [at] iac.es

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