A unos 10 400 millones de años luz de nosotros, el cúmulo de galaxias XLSSC 122 acaba de entregar una medida incómoda. Es el cúmulo más lejano conocido que deforma con fuerza la luz de las galaxias situadas detrás. Esa deformación funciona como una lupa natural y también como una balanza para pesar la materia invisible. El veredicto: su núcleo está mucho más apretado de lo que permite el modelo cosmológico vigente. Tres estudios liderados por el IPAC, el centro de astrofísica del Caltech, cuentan además la historia de la luz más antigua de estrellas que vagan entre las galaxias.
Un cúmulo ya adulto, una lupa inesperada
Empecemos por el hecho más contundente. XLSSC 122 es el primer cúmulo tan lejano en el que se observa una lente gravitacional fuerte, es decir, una desviación capaz de distorsionar de forma clara la luz de los objetos que tiene detrás. Su corrimiento al rojo es de 1,98, frente a 1,75 del récord anterior. El corrimiento al rojo, escrito z, mide cuánto ha estirado la expansión del universo la luz de un objeto: cuanto mayor es z, más lejos está y más joven lo vemos. Con 1,98, lo vemos tal como era cuando el universo tenía 3300 millones de años, frente a los 13 800 millones actuales.
El cúmulo apareció en 2014 en un gran cartografiado del cielo en rayos X llamado XXL, realizado con el telescopio XMM-Newton de la Agencia Espacial Europea. Hubble precisó después su distancia y su aspecto sorprendentemente organizado. Pero Hubble no mostraba ninguna señal clara de lente fuerte. El telescopio James Webb lo cambió todo al revelar largos arcos de luz curvados alrededor del centro del cúmulo.
«Cuando recibimos esas primeras imágenes del James Webb, nos dijimos: mira esto, ¡este cúmulo produce lentes fuertes!», relata Kyle Finner, investigador del IPAC y primer autor del estudio principal. «XLSSC 122 establece ahora el récord del cúmulo más lejano que produce lentes gravitacionales».
¿Por qué sorprende el hallazgo? Porque en esa época los cúmulos de galaxias apenas empezaban a reunirse. Encontrar uno ya masivo y estructurado, que además actúa como lupa, choca con la idea de una construcción lenta y progresiva. Su población de galaxias confirma esa madurez precoz: entre las galaxias del cúmulo confirmadas por espectroscopia, una gran mayoría ha dejado de formar estrellas, muy por encima de lo habitual en galaxias corrientes de la misma época. Algunas de esas estrellas ya eran viejas cuando el universo tenía solo 370 millones de años.
La lupa natural que pesa lo invisible
El mecanismo cabe en una frase. La luz no tiene masa, pero sigue los huecos que la materia excava en el espacio. Una masa enorme curva ese espacio y, por tanto, curva la trayectoria de cualquier luz que lo atraviese. Albert Einstein lo predijo en 1915, y una estrella que pareció desplazarse durante el eclipse solar de 1919 lo confirmó.
Una imagen ayuda a verlo. Tome un vaso de fondo grueso y mire una vela a través de la base: la llama aparece a veces duplicada, porque el vidrio curva la luz. Un cúmulo de galaxias hace lo mismo, salvo que la lente está hecha de masa y abarca millones de años luz. Cuando la curvatura es lo bastante fuerte, una galaxia muy lejana aparece varias veces y cada imagen se estira en un arco. Son las lentes fuertes. Cuando la curvatura es más suave, las galaxias del fondo apenas se deforman y hay que medir miles de ellas para extraer la señal: son las lentes débiles.
El equipo usó ambas para pesar XLSSC 122. A partir de la posición de los arcos reconstruyó un mapa de la masa, que en realidad es un mapa de la materia oscura, ya que esta aporta cerca del 85 % de la masa del cúmulo.
Después el equipo redujo la forma de ese mapa a un solo número, la concentración. Compara el tamaño del núcleo denso con la extensión total del cúmulo. Cuanto mayor es, más materia se apiña hacia el centro, como una masa de pizza apenas estirada: gruesa en el medio y fina en los bordes. Para XLSSC 122, la concentración alcanza 6,3, más o menos 0,5.
Esa cifra es alta. Frente a la relación de referencia que Aaron Duffy y sus colegas construyeron a partir de simulaciones, queda 8,2 desviaciones estándar por encima de lo previsto. Una desviación estándar mide la dispersión esperada alrededor de un valor medio: 8,2 de ellas es mucho más que una fluctuación corriente. La mayoría de las relaciones de concentración que usan los astrofísicos no logra reproducir un perfil de masa tan abrupto.
La masa sigue la misma pauta. En los 100 000 años luz que rodean el centro, el cúmulo pesa unas 65 000 millones de veces la masa del Sol. Su masa total, la de una esfera que engloba todo el cúmulo, ronda las 260 000 millones de masas solares. Un segundo estudio, basado esta vez en las lentes débiles y en una vista más amplia del cúmulo, halló la misma concentración, 6,3 con una incertidumbre de 0,4, y una masa compatible. Dos métodos distintos, una sola respuesta.
Un núcleo que no debería haberse formado tan pronto
¿Por qué inquieta un núcleo tan apretado? El modelo cosmológico estándar se llama Lambda-CDM: un universo lleno de materia oscura fría y marcado por una constante cosmológica que acelera su expansión. Describe una construcción por etapas, primero las estructuras pequeñas, después las grandes, mediante fusiones. En ese relato, un cúmulo de galaxias reúne su materia a lo largo de miles de millones de años, y su núcleo solo se aprieta de verdad al final.
Imagine una ciudad que crece. Los caseríos aparecen primero, se unen en barrios, y el centro de negocios solo se satura cuando la ciudad ya es grande. XLSSC 122 se parece a una ciudad cuyo centro de negocios está lleno mientras los primeros caseríos apenas se forman.
¿Cómo pudo reunirse semejante montón tan pronto? Los investigadores exploran varias vías. La primera: las galaxias adultas del cúmulo se formaron a un ritmo anormalmente rápido y el halo de materia oscura siguió el mismo compás. La segunda recurre a una física aún hipotética, la energía oscura primigenia, un empujón que pudo acelerar la expansión justo después del Big Bang y hacer crecer las estructuras antes de lo previsto. La tercera es más terrenal: un efecto de proyección. Si el cúmulo está alargado en nuestra dirección, parece más concentrado de lo que es.
El equipo puso a prueba esta última idea y la descartó. El gas ardiente del cúmulo, observado en longitudes de onda milimétricas, muestra un pico de presión desviado unos 100 000 años luz de su centro de masa. Ese desfase delata una fusión de grupos de galaxias, un sistema todavía en movimiento. Un cúmulo visto de canto respecto a la línea de visión no dejaría esa huella. XLSSC 122 es un objeto inquieto, aún en formación, y no un truco de perspectiva.
También es raro. Al comparar la masa medida con el número de cúmulos esperados en esa época dentro de la zona del cartografiado XXL, los investigadores solo encuentran 0,12. Dicho de otro modo, hallar uno se parece bastante a ganar la lotería. No demuestra que el modelo falle, pero sí cuestiona su capacidad de prever los extremos.
La luz más antigua de estrellas huérfanas
El tercer estudio se centra en una señal mucho más tenue. Entre las galaxias de un cúmulo flota una bruma muy débil, la luz de estrellas que ya no pertenecen a ninguna galaxia. Se llama luz intracúmulo. Estas estrellas fueron arrancadas durante los encuentros entre galaxias y quedaron abandonadas en el espacio intergaláctico.
Un paisaje encierra la analogía. Imagine un viento muy fuerte que, cada vez que dos ramas se rozan, arranca hojas y las deja flotando entre los árboles. La luz intracúmulo es eso: estrellas perdidas, demasiado dispersas para dibujar una galaxia, pero que juntas forman un halo pálido.
James Webb acaba de detectarla en XLSSC 122. Es la luz intracúmulo más antigua jamás observada. Se extiende varios cientos de miles de años luz alrededor de la galaxia central y representa cerca del 17 % de toda la luz del cúmulo.
Ese porcentaje tiene un significado preciso. En un cúmulo en reposo, la proporción de luz intracúmulo se mantiene más o menos constante de un color a otro. En un cúmulo en plena fusión, sube alrededor de una longitud de onda situada en el azul verdoso. XLSSC 122 muestra justo esa joroba, lo que confirma la actividad de fusión ya insinuada por el gas desplazado.
El resultado más desconcertante está en otro lugar. En los 100 000 años luz del centro, la forma de esa luz difusa se ajusta casi a la perfección al mapa de materia oscura obtenido con las lentes. El solapamiento entre ambos patrones alcanza 0,82 en una escala que va de 0 a 1. En resumen, el resplandor de las estrellas errantes dibuja la sombra de la materia oscura.
Si esa correspondencia se repite en otros cúmulos, y sobre todo en otros cúmulos lejanos, dará a los astrónomos una nueva forma de cartografiar la materia oscura sin depender de los arcos de lentes. Los investigadores ya la ven como una vía para sondear cómo se ensamblaron los cúmulos cuando aún se estaban formando.
Para saber más
- Siga el telescopio que reveló los arcos: James Webb (JWST), con su ficha de misión completa.
- Las nociones clave para entenderlo todo: la materia oscura, las galaxias y los telescopios espaciales.
- La materia oscura no se ve por el ocular, pero el cielo sí se observa esta noche: nuestro mapa del cielo interactivo, nuestra guía de observación y la galería de astrofotografías.
- Las fuentes oficiales de este artículo: la nota de prensa del IPAC en Caltech y los tres estudios publicados en The Astrophysical Journal Letters: el de lentes fuertes de Finner et al. (2025), el de lentes débiles de Scofield et al. (2026) y la detección de luz intracúmulo de Joo et al. (2026).
