Coma, el cúmulo de galaxias que desvelo la existencia de la materia oscura

La Cámara de Energía Oscura del observatorio de Cerro Tololo, en Chile, ha obtenido unas imágenes impresionantes del Cúmulo de Coma Berenice, que en la antigüedad se le asoció a la historia del cabello perdido que una reina egipcia ofreció a los dioses griegos como ofrenda.

Este conjunto de galaxias fue clave para el descubrimiento de la existencia de la materia oscura, cuando en 1937 el astrónomo suizo Fritz Zwicky notó que las galaxias de este cúmulo se comportaban como si estuviesen bajo la influencia de enormes cantidades de materia invisible imposible de observar.

La imagen muestra un vasto cúmulo de galaxias enteras conocido como el Cúmulo de Coma y que recibe su nombre de la constelación en la que se encuentra: Coma Berenices.

Esta constelación se llama así en honor de un personaje histórico, la reina Berenice II de Egipto, o, para ser más precisos, de su cabello: “coma” en latín significa “cabello de la cabeza”.

La leyenda de Berenice

Según la historia (alrededor del año 245 a.C.), Berenice se cortó el cabello y lo presentó como ofrenda de agradecimiento a los dioses cuando su esposo regresó sano y salvo de la guerra.

El cabello se colocó en un templo, pero al poco tiempo desapareció. El astrónomo de la corte, Conon de Samos, aseguró que había identificado los cabellos perdidos de Berenice en un lugar poco probable: en el cielo nocturno. Y sugirió que la diosa Afrodita había convertido los cabellos de la reina en una constelación.

La Cámara de Energía Oscura

Los datos utilizados para elaborar esta detallada imagen fueron recopilados por la Cámara de Energía Oscura fabricada por el Departamento de Energía de EEUU e instalada en el telescopio de cuatro metros Víctor Blanco, en el complejo astronómico de Cerro Tololo en Chile, un Programa de NOIRLab de la Fundación Nacional de Ciencias de Estados Unidos.

La cámara, de 570 megapíxeles, fue construida para realizar el Estudio de Energía Oscura (DES), una ronda de observaciones de 758 noches entre los años 2013 y 2019 cuyo objetivo era comprender mejor la naturaleza de la energía oscura, esa entidad desconocida que causa la aceleración de nuestro Universo.

La materia oscura

El Cúmulo de Coma está estrechamente relacionado con el misterioso contrapeso de la energía oscura: la materia oscura.

Hace casi un siglo, en 1937, el astrónomo Suizo Fritz Zwicky observó varias galaxias en el Cúmulo de Coma y calculó la masa aproximada del cúmulo basado en sus estructuras luminosas, es decir, en sus estructuras observables.

Sin embargo, encontró algo extraño: parecía que al cúmulo le faltaba masa. De hecho, las galaxias en el interior del cúmulo se comportaban como si éste contuviera 400 veces más masa de lo que sugerían las estimaciones.

Zwicky llegó a esta conclusión observando la velocidad a la que se movían las galaxias en el cúmulo.

Para explicar eso mejor, hay que recordar un dato importante sobre la naturaleza de la gravedad, una de las cuatro interacciones fundamentales que existen entre todos los elementos con energía y masa.

Cuanta más masa tenga un objeto, más fuerte será su atracción gravitatoria. Por lo tanto, los objetos menos masivos que se encuentran a una distancia específica de un objeto más masivo serán atraídos incontrolablemente hacia él.

La teoría de Fritz Zwicky

Sin embargo, hay que considerar un factor adicional: la velocidad. Si un objeto se está moviendo lo suficientemente rápido, puede escapar de la atracción gravitatoria de otros objetos.

Gracias a este principio Zwicky fue capaz de deducir que en el cúmulo de Coma aparentemente faltaba materia.

De ese modo descubrió que las galaxias se movían tan rápido que deberían escaparse del cúmulo si éste se mantuviera unido solo por la masa observable.

Eso le llevó a postular que el cúmulo debía mantenerse unido por grandes cantidades de materia “oscura” inobservable, a pesar que esta sugerencia parecía descabellada para gran parte de la comunidad astronómica.

Confirmación de la teoría

Tuvieron que pasar varias décadas hasta que en los años 80 del siglo pasado la mayoría de los astrónomos se convencieron de la existencia de la materia oscura.

El consenso fue cambiando a medida que salían a la luz estudios que informaban de la misma curiosa incoherencia de masas que observó Zwicky, pero a escala de galaxias individuales en lugar de cúmulos enteros de varias galaxias.

Uno de esos estudios fue realizado en 1970 por los astrónomos estadounidenses Kent Ford y Vera C. Rubin, que encontraron evidencia de materia invisible en la galaxia de Andrómeda.

Luego, en 1979, los astrónomos Sandra Faber y John Gallagher realizaron un sólido análisis de la relación masa-luz de más de 50 galaxias espirales y elípticas que les llevó a concluir que “los argumentos a favor de la masa invisible en el Universo son muy sólidos y cada vez más”.

Actualmente, la existencia de la materia oscura y de la energía oscura es ampliamente aceptada, y uno de los principales objetivos de la astrofísica moderna consiste en comprender su esquiva naturaleza.

Para profundizar en estos conocimientos será clave la próxima Investigación del espacio-tiempo como legado para la posteridad que realizará el Observatorio Vera C. Rubin de NSF-DOE durante 10 años.

El observatorio lleva el nombre de la persona que ayudó a demostrar al mundo que el Universo es mucho más de lo que parece a simple vista.