El objeto gravitacionalmente más grande conocido en el universo; agregación de galaxias
MACS J0152.5-2852 es un cúmulo de galaxias masivo. Casi todos los píxeles que se ven en la imagen son una galaxia, cada una de las cuales contiene miles de millones de estrellas. [1]
Los grupos y cúmulos de galaxias son los objetos unidos gravitacionalmente más grandes conocidos que han surgido hasta ahora en el proceso de formación de estructuras cósmicas. [2] Forman la parte más densa de la estructura a gran escala del Universo . En los modelos de formación gravitacional de estructuras con materia oscura fría , las estructuras más pequeñas colapsan primero y eventualmente forman las estructuras más grandes, los cúmulos de galaxias. Los cúmulos se forman entonces hace relativamente poco tiempo, entre hace 10 mil millones de años y ahora. Los grupos y cúmulos pueden contener de diez a miles de galaxias individuales. Los propios cúmulos suelen estar asociados con grupos más grandes, no unidos gravitacionalmente, llamados supercúmulos .
Grupos de galaxias
Mapa de las posiciones de miles de galaxias en el estudio VIPERS [3]
Los grupos de galaxias son los agregados más pequeños de galaxias. Por lo general, contienen no más de 50 galaxias en un diámetro de 1 a 2 megaparsecs (Mpc) (ver 10 22 m para comparaciones de distancias). Su masa es de aproximadamente 10 13 masas solares . La variación de velocidades de las galaxias individuales es de unos 150 km/s. Sin embargo, esta definición debe usarse sólo como guía, ya que los sistemas de galaxias más grandes y masivos a veces se clasifican como grupos de galaxias. [4] Los grupos son las estructuras más comunes de galaxias en el universo y comprenden al menos el 50% de las galaxias del universo local. Los grupos tienen un rango de masas entre las de las galaxias elípticas muy grandes y las de los cúmulos de galaxias. [5]
Nuestra propia galaxia, la Vía Láctea , está contenida en el Grupo Local de más de 54 galaxias. [6]
En julio de 2017 S. Paul, RS John et al. definieron parámetros distintivos claros para clasificar las agregaciones de galaxias como 'grupos de galaxias' y 'cúmulos' sobre la base de las leyes de escala que siguieron. [7] Según este artículo, las agregaciones de galaxias menos masivas que 8 × 10 13 masas solares se clasifican como grupos de galaxias.
Los grupos son más grandes que los grupos, aunque no existe una línea divisoria clara entre los dos. Cuando se observan visualmente, los cúmulos parecen ser colecciones de galaxias unidas por atracción gravitacional mutua. Sin embargo, sus velocidades son demasiado grandes para que permanezcan gravitacionalmente ligadas por sus atracciones mutuas, lo que implica la presencia de un componente de masa invisible adicional o una fuerza de atracción adicional además de la gravedad. Los estudios de rayos X han revelado la presencia de grandes cantidades de gas intergaláctico conocido como medio intracúmulo . Este gas está muy caliente, entre 10 7 K y 10 8 K, y por tanto emite rayos X en forma de bremsstrahlung y emisión de líneas atómicas .
Cúmulo de galaxias ACO 3341 visto por VIMOS del VLT
La masa total del gas es mayor que la de las galaxias en aproximadamente un factor de dos. Sin embargo, esta masa todavía no es suficiente para mantener las galaxias en el cúmulo. Dado que este gas está en equilibrio hidrostático aproximado con el campo gravitacional general del cúmulo, se puede determinar la distribución de masa total. Resulta que la masa total deducida de esta medición es aproximadamente seis veces mayor que la masa de las galaxias o del gas caliente. El componente que falta se conoce como materia oscura y se desconoce su naturaleza. En un cúmulo típico, quizás sólo el 5% de la masa total esté en forma de galaxias, quizás el 10% en forma de gas caliente que emite rayos X y el resto sea materia oscura. Brownstein y Moffat [8] utilizan una teoría de la gravedad modificada para explicar las masas de los cúmulos de rayos X sin materia oscura. Las observaciones del Bullet Cluster son la evidencia más sólida de la existencia de materia oscura; [9] [10] [11] sin embargo, Brownstein y Moffat [12] han demostrado que su teoría de la gravedad modificada también puede explicar las propiedades del cúmulo.
Métodos observacionales
Galaxy Cluster LCDCS-0829 actúa como una lupa gigante. Este extraño efecto se llama lente gravitacional .
Se han encontrado cúmulos de galaxias en estudios mediante diversas técnicas de observación y se han estudiado en detalle utilizando muchos métodos:
Óptico o infrarrojo : las galaxias individuales de los cúmulos se pueden estudiar mediante imágenes y espectroscopia óptica o infrarroja. Los cúmulos de galaxias se encuentran mediante telescopios ópticos o infrarrojos buscando sobredensidades y luego se confirman al encontrar varias galaxias con un corrimiento al rojo similar . Las búsquedas infrarrojas son más útiles para encontrar cúmulos más distantes (mayor corrimiento al rojo ).
Rayos X : El plasma caliente emite rayos X que pueden ser detectados por telescopios de rayos X. El gas del cúmulo se puede estudiar mediante imágenes de rayos X y espectroscopia de rayos X. Los cúmulos son bastante prominentes en los estudios de rayos X y, junto con los AGN , son los objetos extragalácticos que emiten rayos X más brillantes.
Radio : Se han encontrado en cúmulos varias estructuras difusas que emiten en radiofrecuencias. Se han utilizado grupos de fuentes de radio (que pueden incluir estructuras difusas o AGN) como trazadores de la ubicación de los cúmulos. Con un alto corrimiento al rojo, se han utilizado imágenes alrededor de fuentes de radio individuales (en este caso AGN) para detectar proto-cúmulos (cúmulos en proceso de formación).
Lentes gravitacionales : los cúmulos de galaxias contienen suficiente materia como para distorsionar las orientaciones observadas de las galaxias detrás de ellos. Las distorsiones observadas se pueden utilizar para modelar la distribución de la materia oscura en el cúmulo.
Los cúmulos de galaxias son los objetos más recientes y masivos que han surgido en la formación de la estructura jerárquica del Universo y el estudio de los cúmulos nos informa sobre la forma en que se forman y evolucionan las galaxias. Los cúmulos tienen dos propiedades importantes: sus masas son lo suficientemente grandes como para retener cualquier gas energético expulsado de las galaxias miembros y la energía térmica del gas dentro del cúmulo es observable dentro del paso de banda de rayos X. El estado observado del gas dentro de un cúmulo está determinado por una combinación de calentamiento de choque durante la acreción, enfriamiento radiativo y retroalimentación térmica provocada por ese enfriamiento. Por lo tanto, la densidad , la temperatura y la subestructura del gas de rayos X intracúmulo representan toda la historia térmica de la formación de los cúmulos. Para comprender mejor esta historia térmica es necesario estudiar la entropía del gas porque la entropía es la cantidad que cambia más directamente al aumentar o disminuir la energía térmica del gas intracúmulo. [14]
^ "Una dispersión de galaxias espirales y elípticas". Imagen de la semana de la ESA/Hubble . Consultado el 25 de septiembre de 2013 .
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^ "El enorme mapa del universo distante llega a la mitad del camino". ESO . Consultado el 2 de abril de 2013 .
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^ Muñoz, RP; et al. (11 de diciembre de 2012). "Análisis dinámico de grupos de galaxias de lentes fuertes con corrimiento al rojo intermedio". Astronomía y Astrofísica . 552 (publicado en abril de 2013): 18. arXiv : 1212.2624 . Código Bib : 2013A y A...552A..80M. doi :10.1051/0004-6361/201118513. S2CID 17865754. A80.
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^ "El cúmulo de galaxias maduro más distante". Lanzamiento científico de ESO . ESO . Consultado el 9 de marzo de 2011 .
^ Galaxias. Fundación Wikimedia. pag. 55.
Otras lecturas
Kravtsov, AV; Borgani, S. (2012). "Formación de cúmulos de galaxias". Revista Anual de Astronomía y Astrofísica . 50 : 353–409. arXiv : 1205.5556 . Código Bib : 2012ARA&A..50..353K. doi : 10.1146/annurev-astro-081811-125502. S2CID 119115331.
