El gas caliente en los cúmulos de galaxias brilla en el rango de los rayos X, y una parte significativa de esa luz proviene de átomos de hierro que han perdido muchos electrones. Estos átomos dejan en el espectro líneas brillantes características, como huellas dactilares. Los astrónomos las usan para conocer la temperatura, la densidad y el movimiento del gas. Pero hasta ahora no estaba claro con qué precisión estas líneas coinciden con los modelos teóricos.
En el nuevo estudio, los científicos tomaron datos del satélite japonés de rayos X Resolve y examinaron 17 cúmulos de galaxias. En lugar de ajustar todo el espectro a un modelo prefabricado, aislaron líneas individuales de hierro — por ejemplo, de iones Fe25+ y Fe26+ — y midieron su brillo directamente. Este enfoque permitió comprobar hasta qué punto las líneas reales coinciden con los cálculos.
Resultó que en algunos cúmulos con un núcleo frío y denso, la relación de brillos de dos líneas (w y z) es aproximadamente un 20% menor de lo que predice la teoría. Además, la línea w parece más ancha que la z. Este comportamiento puede explicarse por dispersión resonante: los fotones de la línea w son absorbidos y reemitidos por átomos de hierro en su camino hacia nosotros, lo que desvía parte de la luz. Otra desviación se encontró en la relación de las líneas y y x — es ligeramente diferente del modelo, lo que sugiere la contribución de procesos de recombinación, cuando electrones libres son capturados por iones.
Especial interés despertó el par de líneas Lyα1 y Lyα2. Según la teoría, sus brillos deberían estar en una relación de 2 a 1, pero en los datos con buena estadística la relación está más cerca de 0.55 que de 0.5. Este pequeño exceso puede explicarse por la contribución de una transición dipolar magnética que no se tiene en cuenta en una de las bases de datos atómicas. Curiosamente, los cúmulos con una temperatura de unos 7 millones de grados (7 keV) muestran con mayor frecuencia una relación superior a 0.55. Aunque la significancia estadística aún es baja, esto es un indicio de que la medición precisa de las líneas de hierro podría convertirse en una herramienta sensible para estudiar procesos atómicos adicionales, desde la recombinación dieléctrica hasta la polarización de la radiación.
La dispersión resonante en los cúmulos de galaxias se parece a la niebla: la luz de una línea brillante se dispersa parcialmente hacia los lados, por lo que la vemos más débil de lo que deberíamos.