El medio intergaláctico es un gas extremadamente tenue que ocupa la red cósmica
La materia intergaláctica es la materia ordinaria situada fuera de las galaxias, principalmente un plasma muy diluido de hidrógeno y helio que se distribuye por filamentos, láminas y vacíos de la red cósmica. Su densidad puede ser de apenas unos átomos por metro cúbico en grandes regiones, por lo que una nave atravesaría el espacio sin percibir una nube. Sin embargo, el volumen es inmenso: una fracción importante de los bariones del universo no está encerrada en estrellas ni en discos galácticos.
La mayor parte de ese gas está ionizada, es decir, los electrones no permanecen unidos a los núcleos como en un gas neutro. «Materia intergaláctica» no es sinónimo de materia oscura. Los bariones interactúan con luz y forman átomos; la materia oscura se infiere sobre todo por su gravedad y domina la masa de los halos y filamentos. Ambas siguen la misma arquitectura general, pero responden de manera distinta al calentamiento, la radiación y los choques.
Interestelar, circungaláctico, intergaláctico e intracúmulo ocupan territorios diferentes
El medio interestelar llena el espacio entre estrellas dentro de una galaxia. Alrededor de esta se extiende el medio circungaláctico, una reserva de gas ligada a su halo que intercambia material con el disco. Más lejos aparece el medio intergaláctico general. En los cúmulos de galaxias, la gravedad confina un plasma caliente y denso llamado medio intracúmulo, muy brillante en rayos X. Las fronteras no son paredes, pero separar escalas evita atribuir a todo gas exterior la misma temperatura y origen.
Una partícula puede cambiar de categoría durante su historia. Gas intergaláctico cae hacia un halo, atraviesa el medio circungaláctico y quizá alimente una galaxia. Supernovas y agujeros negros pueden expulsarlo de nuevo. En un cúmulo, choques gravitatorios lo calientan a millones de grados. El medio intergaláctico es, por tanto, un sistema de circulación: conserva información sobre formación de estructuras, enriquecimiento químico y la cantidad de materia que entra o sale de las galaxias.
El gas aparece en fases distintas según densidad, temperatura e historia
Parte del medio intergaláctico relativamente frío, alrededor de decenas de miles de kelvin, deja una sucesión de absorciones de hidrógeno en el espectro de cuásares lejanos: el bosque Lyman-alfa. Cada línea corresponde a gas situado a una distancia distinta. Esta técnica permitió cartografiar filamentos cuando el universo era joven y mostrar que la absorción no proviene de nubes aisladas al azar, sino de una red continua con densidades variables.
Con el crecimiento de galaxias y cúmulos, buena parte del gas cayó en estructuras y se calentó mediante choques. El medio intergaláctico cálido-caliente, o WHIM, suele designar material de unos cien mil a diez millones de kelvin. Es demasiado frío y tenue para brillar intensamente en rayos X, pero demasiado ionizado para producir señales fuertes de hidrógeno neutro. Esa zona difícil de observar explicó por qué en el universo cercano parecía faltar una parte de la materia ordinaria predicha.
Los astrónomos utilizan luces de fondo y huellas espectrales de elementos ionizados
Un cuásar actúa como una linterna situada detrás del gas. Al atravesarlo, ciertas longitudes de onda son absorbidas por hidrógeno, oxígeno u otros iones. El corrimiento al rojo indica dónde se encontraba cada nube y el perfil de la línea aporta temperatura, movimiento y cantidad aproximada. En el ultravioleta se buscan iones como O VI; en rayos X, estados más ionizados como O VII y O VIII. La señal es débil y exige espectros muy sensibles.
También se apilan observaciones de muchas parejas de galaxias para detectar estadísticamente gas entre ellas, se estudia el efecto Sunyaev-Zeldóvich producido sobre el fondo cósmico y se combina emisión de rayos X con modelos. Ninguna técnica ve por sí sola todo el rango de temperaturas. Las estimaciones del inventario de bariones dependen de ionización, metalicidad y geometría, de modo que «encontrar la materia perdida» significa cerrar progresivamente un balance con varias huellas, no fotografiar un depósito oculto.
El espacio entre galaxias guarda material expulsado por generaciones de estrellas
El universo temprano produjo sobre todo hidrógeno y helio. Carbono, oxígeno, silicio y hierro se fabricaron más tarde en estrellas y explosiones. Detectarlos lejos de las galaxias demuestra que vientos estelares, supernovas y núcleos galácticos expulsaron materia a grandes distancias. A este proceso se le llama enriquecimiento. Su distribución permite estudiar cuándo y con qué eficiencia las galaxias contaminaron su entorno.
Los elementos pesados afectan el enfriamiento: ofrecen más transiciones mediante las que el gas puede emitir energía. Un filamento enriquecido no necesariamente vuelve de inmediato a una galaxia; puede permanecer caliente durante miles de millones de años. Comparar abundancias y movimientos ayuda a distinguir material primordial que cae por primera vez de gas reciclado. La materia intergaláctica funciona así como archivo de lo que las galaxias expulsaron, no solo como combustible pendiente de entrar.
Sin el medio intergaláctico no se entiende cómo crecen ni cómo dejan de formar estrellas
Las galaxias consumen gas al formar estrellas. Para mantener esa actividad durante largos periodos necesitan incorporar material desde su entorno. Los filamentos de la red cósmica conducen gas hacia halos, donde puede calentarse, enfriarse y finalmente alcanzar el disco. En otros casos, la energía de supernovas o agujeros negros impide que se enfríe o lo devuelve al exterior. El equilibrio entre entrada, calentamiento y salida regula la evolución galáctica.
El medio intergaláctico tampoco es una niebla uniforme. Los vacíos contienen menos materia, los filamentos concentran más y los nodos alcanzan temperaturas extremas. Estudiarlo prueba modelos cosmológicos porque la distribución de gas responde a gravedad, expansión y retroalimentación. La imagen correcta del universo no es un conjunto de islas galácticas separadas por nada, sino una red donde la mayor parte del volumen parece vacío y, aun así, contiene el material que conecta la historia de esas islas.
