El nacimiento de un cúmulo muy distante de galaxias del Universo temprano

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Esta imagen muestra el protocúmulo alrededor de la galaxia Telaraña (formalmente conocida como MRC 1138-262), visto en un momento en que el Universo tenía solo 3 mil millones de años. Crédito: ESO/Di Mascolo et al.; HST: H. Ford

Utilizando el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), del cual ESO es socio, los astrónomos han descubierto un gran reservorio de gas caliente en el cúmulo de galaxias aún en formación alrededor de la galaxia Spiderweb, la detección más distante de este tipo de gas caliente hasta la fecha. Los cúmulos de galaxias son algunos de los objetos más grandes conocidos en el Universo y este resultado, publicado en Nature, revela aún más cuán temprano comienzan a formarse estas estructuras.

Los cúmulos de galaxias, como su nombre indica, albergan una gran cantidad de galaxias, a veces incluso miles. También contienen un vasto «medio intracúmulo» (ICM) de gas que impregna el espacio entre las galaxias en el cúmulo. Este gas, de hecho, supera considerablemente a las galaxias mismas. Gran parte de la física de los cúmulos de galaxias es bien entendida; sin embargo, las observaciones de las primeras fases de formación del ICM siguen siendo escasas.

Anteriormente, el ICM solo se había estudiado en cúmulos de galaxias cercanos completamente formados. La detección del ICM en protocúmulos distantes, es decir, cúmulos de galaxias aún en formación, permitiría a los astrónomos capturar estos cúmulos en las primeras etapas de formación. Un equipo dirigido por Luca Di Mascolo, primer autor del estudio e investigador de la Universidad de Trieste, Italia, estaba interesado en detectar el ICM en un protocúmulo de las primeras etapas del Universo.

Los cúmulos de galaxias son tan masivos que pueden reunir gas que se calienta a medida que cae hacia el cúmulo. «Las simulaciones cosmológicas han predicho la presencia de gas caliente en protocúmulos durante más de una década, pero faltan confirmaciones observacionales«, explica Elena Rasia, investigadora del Instituto Nacional Italiano de Astrofísica (INAF) en Trieste, Italia, y coautora del estudio. «La búsqueda de una confirmación observacional tan clave nos llevó a seleccionar cuidadosamente uno de los protocúmulos candidatos más prometedores». Ese fue el protocúmulo de Telaraña, ubicado en una época en que el Universo tenía solo 3 mil millones de años. A pesar de ser el protocúmulo más intensamente estudiado, la presencia del ICM ha permanecido esquiva. Encontrar una gran reserva de gas caliente en el protocúmulo de Telaraña indicaría que el sistema está en camino de convertirse en un cúmulo de galaxias adecuado y duradero en lugar de dispersarse.

El equipo de Di Mascolo detectó el ICM del protocúmulo Spiderweb a través de lo que se conoce como el efecto térmico Sunyaev-Zeldovich (SZ). Este efecto ocurre cuando la luz del fondo cósmico de microondas, la radiación reliquia del Big Bang, pasa a través del ICM. Cuando esta luz interactúa con los electrones que se mueven rápidamente en el gas caliente, gana un poco de energía y su color, o longitud de onda, cambia ligeramente. «En las longitudes de onda correctas, el efecto SZ aparece como un efecto de sombra de un cúmulo de galaxias en el fondo cósmico de microondas«, explica Di Mascolo.

Al medir estas sombras en el fondo cósmico de microondas, los astrónomos pueden inferir la existencia del gas caliente, estimar su masa y mapear su forma. «Gracias a su incomparable resolución y sensibilidad, ALMA es la única instalación actualmente capaz de realizar una medición de este tipo para los progenitores distantes de cúmulos masivos«, dice Di Mascolo.

Determinaron que el protocúmulo de Telaraña contiene una vasta reserva de gas caliente a una temperatura de unas pocas decenas de millones de grados centígrados. Anteriormente, se había detectado gas frío en este protocúmulo, pero la masa del gas caliente encontrado en este nuevo estudio lo supera miles de veces. Este hallazgo muestra que se espera que el protocúmulo de Telaraña se convierta en un cúmulo de galaxias masivo en alrededor de 10 mil millones de años, aumentando su masa en al menos un factor de diez.


Paco Gil
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