Escaneando el cielo en busca de fuentes de rayos X, El observatorio de rayos X XMM-Newton de la ESA ha estado ocupado con la Encuesta XXL, su programa de observación más grande hasta la fecha. Se acaba de publicar el segundo lote de datos de la encuesta, incluida información sobre 365 cúmulos de galaxias, que trazan la estructura a gran escala del Universo y su evolución a través del tiempo, y en 26 000 núcleos galácticos activos (AGN).

Al examinar dos grandes regiones del cielo con gran sensibilidad, Este es el primer estudio de rayos X que detecta suficientes cúmulos de galaxias y AGN en volúmenes contiguos de espacio para hacer posible que los científicos mapeen la distribución de estos objetos en el Universo distante con un detalle sin precedentes. Los resultados son compatibles con las expectativas del modelo cosmológico actualmente aceptado.

Los rayos X se producen en algunos de los procesos más energéticos del Universo, pero debido a que están bloqueados por la atmósfera de la Tierra, solo se pueden observar desde el espacio. Cuando los telescopios de rayos X observan el Universo extragaláctico, básicamente ven dos fuentes:los cúmulos de galaxias que invaden el gas caliente, y Núcleos Galácticos Activos (AGN) - brillante, regiones compactas en el centro de algunas galaxias donde un agujero negro supermasivo está acumulando la materia circundante.

El XMM-Newton de la ESA es uno de los telescopios de rayos X más potentes jamás puesto en órbita. Durante los últimos ocho años, ha pasado 2000 horas midiendo la radiación de rayos X como parte de la Encuesta XXL, que buscaba cúmulos de galaxias y AGN escaneando dos áreas de cielo aparentemente vacío, cada una de las cuales medía 25 grados cuadrados (como referencia, la luna llena mide aproximadamente medio grado de ancho).

El primer conjunto de datos XXL se publicó en 2015; incluía 100 de los cúmulos de galaxias más brillantes y 1000 AGN. Este mes, Se publicó un nuevo catálogo de datos que contiene la asombrosa cantidad de 365 clústeres y 26 000 AGN. Los primeros resultados con estos datos se publican en un número especial de Astronomía y Astrofísica .

La encuesta trazó un mapa de cúmulos de rayos X tan distantes que la luz los abandonó cuando el Universo tenía solo la mitad de su edad actual. y AGN que están aún más lejos. Algunas de las fuentes observadas son tan lejanas que XMM-Newton no recibió más de 50 fotones de rayos X de ellas, lo que dificulta saber si son clústeres o AGN.

"Fue relativamente fácil encontrar cúmulos de galaxias y AGN, porque son los únicos objetos extragalácticos visibles en la luz de rayos X, "explica Marguerite Pierre de CEA Saclay, Francia.

"Pero tuvimos que usar varios otros telescopios que recogían luz en muchas longitudes de onda diferentes, así como amplias instalaciones informáticas, para recopilar más información sobre cada fuente, incluyendo precisar su naturaleza y distancia ".

La materia en el Universo no se distribuye uniformemente, sino que forma una red cósmica de filamentos moldeados por la gravedad. con cúmulos de galaxias que se encuentran en sus intersecciones. Los cúmulos de galaxias son las entidades unidas más grandes del Universo:trazan los picos de densidad más altos en su estructura a gran escala, convirtiéndolos en una poderosa herramienta para responder preguntas sobre cosmología.

La estructura y evolución del Universo se describe mediante un conjunto de parámetros cosmológicos, que incluyen la densidad de sus diversos componentes y la velocidad a la que se está expandiendo. En la actualidad, conocemos bastante bien el valor de muchos de estos parámetros, pero se requieren grandes muestras de trazadores cósmicos a una variedad de distancias para describir con mayor precisión la estructura subyacente del Universo. El objetivo final de la Encuesta XXL es proporcionar una amplia, catálogo bien caracterizado de grupos que se pueden utilizar para restringir los parámetros cosmológicos.

El satélite Planck de la ESA determinó los valores de los parámetros cosmológicos mediante el estudio del fondo cósmico de microondas, que es información del Universo muy temprano. Después de estimar estos parámetros utilizando los datos más recientes de la Encuesta XXL, que se basa en información del Universo más reciente, los científicos compararon sus hallazgos con los valores de Planck.

"Aunque no encontramos tantos cúmulos de galaxias como predijo el modelo cosmológico de Planck, obtuvimos una distribución de clústeres y AGN que es compatible con el modelo cosmológico actualmente favorecido, que recurre a la constante cosmológica de Einstein como explicación de la expansión acelerada del Universo, en lugar de invocar posibilidades aún más exóticas, "explica Marguerite Pierre.

"Ya podemos mejorar la estimación de Planck para la constante cosmológica, a pesar de que nuestro análisis solo se ha realizado en la mitad de la muestra de conglomerados XXL; pasaremos los próximos dos años analizando el resto de los datos con el objetivo de refinar las limitaciones cosmológicas ".

Es más difícil estimar valores para los parámetros cosmológicos usando AGN, ya que sus propiedades se ven afectadas por muchas influencias externas. En cambio, los científicos han estado utilizando los datos de AGN de ​​la Encuesta XXL para comprender más sobre cómo se forman y evolucionan los agujeros negros.

Gracias a XXL, esta es la primera vez que los científicos han podido medir el efecto de agrupamiento tridimensional de grupos de rayos X distantes y AGN a escalas muy grandes. Ahora finalmente pueden ver dónde se encuentran los AGN dentro de la estructura a gran escala del Universo indicada por los cúmulos de galaxias.

Los resultados confirman que XMM-Newton es una potente máquina topográfica. También allanan el camino para el análisis cosmológico final de esta encuesta, lo que proporcionará restricciones independientes sobre los parámetros cosmológicos para desentrañar más misterios del Universo.

La red cósmica será investigada más a fondo por el futuro satélite Euclid de la ESA, que observará la luz emitida hasta hace 10 mil millones de años. Euclid verá una gran cantidad de fuentes, ya que detectará luz óptica e infrarroja; con su gran área encuestada y su rica cobertura de múltiples longitudes de onda, los datos XXL servirán de referencia para estas observaciones.

Las observaciones de XMM-Newton también han planteado nuevas preguntas sobre la física de los cúmulos de galaxias, que será investigado en mayor detalle por la próxima misión de rayos X de la ESA, Atenea. Debido a su lanzamiento en 2031, Atenea será mucho más sensible que su predecesora. Si bien XMM-Newton puede observar grupos a una variedad de distancias de nosotros, sondear diferentes épocas de la historia del Universo, Atenea observará cúmulos tan distantes que su luz los dejó mientras se formaban, diciéndonos aún más sobre la forma en que estas gigantescas estructuras toman forma y evolucionan.

Mientras tanto, Los científicos del plan de colaboración XXL para procesar las observaciones restantes y revisar los datos utilizando técnicas de procesamiento mejoradas. La versión final de datos XXL que contiene aún más fuentes de rayos X, así como el análisis cosmológico completo, está previsto para 2021.

"Es muy emocionante que los datos de este telescopio espacial estén contribuyendo a nuestra comprensión de la evolución del Universo, "concluye Norbert Schartel, Científico del proyecto XMM-Newton en la ESA. "Esto fue posible gracias a la colaboración entre un gran número de instituciones en muchos países diferentes".