Observan el nacimiento de un cúmulo de galaxias en el Universo primitivo
Un equipo científico internacional, en el que
participa el Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), ha descubierto una
gran reserva de gas caliente en un cúmulo de galaxias aún en formación
alrededor de la Galaxia Telaraña. El hallazgo revela que este protocúmulo,
lejos de dispersarse, acabará unido gravitacionalmente el resto de su
existencia. Localizado en una época en la que el Universo tenía 3.000 millones
de años, es la primera vez que se detecta este tipo de plasma térmico a
distancias tan lejanas. El estudio, que se publica en la revista Nature,
confirma que los cúmulos de galaxias, una de las estructuras más grandes
conocidas en el Universo, comienzan a formarse en épocas muy tempranas.
Los cúmulos de galaxias albergan un gran número de
galaxias, a veces incluso miles. También contienen un vasto "medio
intracúmulo" de gas (ICM, por sus siglas en inglés) que impregna el
espacio entre las galaxias. De hecho, la masa de este gas es mayor que la de
todas las galaxias que forman el cúmulo. Algunas de estas agrupaciones
galácticas son tan masivas que concentran el gas y lo calientan al caer hacia
ellas.
Hasta ahora, el ICM sólo se había estudiado en
cúmulos de galaxias cercanos completamente formados, pero nunca en protocúmulos
lejanos, es decir, cúmulos de galaxias aún en formación. "Las simulaciones
cosmológicas llevan más de una década prediciendo la presencia de gas caliente
en los protocúmulos, pero faltaban confirmaciones observacionales",
explica Luca Di Mascolo, investigador de la Universidad de Trieste (Italia) y
primer autor del estudio.
Para conseguir esa confirmación observacional, el
equipo científico seleccionó cuidadosamente uno de los candidatos más
prometedores, el protocúmulo de la Telaraña, situado en una época en la que el
Universo tenía sólo 3.000 millones de años. Al estudiarlo, el personal
investigador detectó una gran reserva de gas caliente a una temperatura de unas
decenas de millones de grados centígrados, lo que indicaría que el sistema,
lejos de dispersarse, se convertirá en un cúmulo de galaxias unido
gravitacionalmente durante el resto de su existencia.
Una estructura en crecimiento
Para la detección el equipo utilizó lo que se conoce
como “efecto térmico Sunyaev-Zeldovich” (SZ). Este efecto se produce cuando la
luz del fondo cósmico de microondas, la radiación fósil procedente del Big
Bang, atraviesa el ICM. Cuando esta luz interactúa con los electrones que se mueven
rápidamente en el gas caliente, su longitud de onda cambia ligeramente. "A
las frecuencias adecuadas, el efecto SZ aparece como un efecto de sombra de un
cúmulo de galaxias sobre el fondo cósmico de microondas", explica Helmut
Dannerbauer, investigador del IAC y coautor del estudio.
Al medir estas sombras en el fondo cósmico de
microondas, los astrónomos pueden inferir la existencia del gas caliente,
estimar su masa y presión, y mapear su forma. Estas medidas han sido posibles
gracias al Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) ubicado en el en
el desierto de Atacama, en Chile. "Gracias a su resolución y sensibilidad
sin precedentes, ALMA es la única instalación actualmente capaz de realizar una
medición de este tipo para los progenitores distantes de cúmulos masivos",
señala Di Mascolo.
Anteriormente se había detectado gas frío en este
protocúmulo, pero la masa del gas caliente hallado en este nuevo estudio lo
supera en miles de veces. “Este hallazgo demuestra que se espera que el
protocúmulo de la Telaraña se convierta en un cúmulo de galaxias masivo en unos
10.000 millones de años, y que su masa se multiplique al menos por diez”,
explica Elena Rasia, investigadora del Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF)
de Trieste (Italia) y coautora del estudio.
Para el equipo científico este sistema exhibe
enormes contrastes ya que el componente térmico caliente destruirá gran parte
del componente frío a medida que el sistema evolucione. “Estamos siendo
testigos de una transición delicada ¬–añade Tony Mroczkowski, investigador del
Observatorio Europeo Austral (ESO) y coautor del artículo–. El estudio confirma
las predicciones teóricas sobre la formación de las mayores estructuras unidas
gravitatoriamente del Universo”.
En los próximos meses está previsto observar esta
estructura con el telescopio espacial James Webb (JWST) a través de un programa
que lidera el IAC. “Gracias a este programa de observaciones de primer ciclo
con el JWST hemos obtenido además una beca postdoctoral de excelencia (Marie
Sklodowska-Curie Fellow) que otorga la Unión Europea", destaca
Dannerbauer¬, quien dirigirá este programa científico. “Se trata de una
oportunidad única que acredita el valor científico de este objeto y lo
importante que es para la investigación astrofísica entender la formación y
evolución de estas 'ciudades de galaxias'”, concluye.
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