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Ciencia.-Testigos del nacimiento de un cúmulo de galaxias del Universo primitivo

Usando el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), astrónomos han descubierto una gran reserva de gas caliente en el cúmulo de galaxias aún en formación alrededor de la galaxia Telaraña.

MADRID, 29 (EUROPA PRESS)

Esta constituye la detección más distante de tal gas caliente hasta ahora.

Los cúmulos de galaxias son algunos de los objetos más grandes conocidos en el Universo y este resultado, publicado en la revista 'Nature', revela aún más lo temprano que estas estructuras comienzan a formarse.

Los cúmulos de galaxias, como su nombre indica, albergan un gran número de galaxias, a veces incluso miles. También contienen un vasto "medio intracúmulo" (MIC) de gas que impregna el espacio entre las galaxias del cúmulo. De hecho, este gas pesa mucho más que las propias galaxias. Gran parte de la física de los cúmulos de galaxias se conoce bien, pero las observaciones de las primeras fases de formación del MIC siguen siendo escasas.

Hasta ahora, el MIC sólo se había estudiado en cúmulos de galaxias cercanos completamente formados. Su detección en protocúmulos lejanos --es decir, cúmulos de galaxias aún en formación-- permitiría a los astrónomos detectar estos cúmulos en las primeras fases de formación. Un equipo dirigido por Luca Di Mascolo, primer autor del estudio e investigador de la Universidad de Trieste (Italia),buscaba detectar el MIC 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 llevan más de una década prediciendo la presencia de gas caliente en los protocúmulos, pero faltaban confirmaciones observacionales", explica en un comunicado Elena Rasia, investigadora del Instituto Nacional de Astrofísica de Italia (INAF) y coautora del estudio.

"Perseguir esa confirmación observacional clave nos llevó a seleccionar cuidadosamente uno de los protoclusters candidatos más prometedores", añade. Se trataba del protocúmulo Telaraña, situado en una época en la que el Universo tenía sólo 3.000 millones de años. A pesar de ser el protocúmulo más intensamente estudiado, la presencia del ICM ha permanecido esquiva. El hallazgo de una gran reserva de gas caliente en el protocúmulo Telaraña indicaría que el sistema está en camino de convertirse en un cúmulo de galaxias propiamente dicho y duradero, en lugar de dispersarse.

El equipo de Di Mascolo detectó el MIC del protocúmulo Telaraña a través de lo que se conoce como efecto térmico Sunyaev-Zeldovich (SZ). Este efecto se produce cuando la luz del fondo cósmico de microondas --la radiación relicta del Big Bang-- atraviesa el MIC.

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 adecuadas, el efecto SZ aparece como un efecto de sombra de un cúmulo de galaxias sobre el fondo cósmico de microondas", explica Di Mascolo.

Midiendo estas sombras en el fondo cósmico de microondas, los astrónomos pueden deducir la existencia del gas caliente, estimar su masa y cartografiar su forma. "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", destaca Di Mascolo.

Determinaron que el protocúmulo de la Telaraña contiene una vasta reserva de gas caliente a una temperatura de unas decenas de millones de grados Celsius. 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.

Tony Mroczkowski, coautor del artículo e investigador del ESO, explica que "este sistema exhibe enormes contrastes. El componente térmico caliente destruirá gran parte del componente frío a medida que el sistema evolucione, y estamos siendo testigos de una transición delicada". Concluye que "proporciona una confirmación observacional de predicciones teóricas de larga duración sobre la formación de los mayores objetos gravitatoriamente ligados del Universo".

Estos resultados ayudan a sentar las bases para las sinergias entre ALMA y el próximo Telescopio Extremadamente Grande (ELT ) de ESO, que "revolucionará el estudio de estructuras como la Tela de Araña", afirma Mario Nonino, coautor del estudio e investigador del Observatorio Astronómico de Trieste.

El ELT y sus instrumentos de última generación, como HARMONI y MICADO, podrán asomarse a los protocúmulos e informar con gran detalle sobre las galaxias que albergan. Junto con las capacidades de ALMA para rastrear el ICM en formación, esto proporcionará una visión crucial del ensamblaje de algunas de las estructuras más grandes del Universo temprano, concluyen los investigadores.

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