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Racimo de balas

El cúmulo Bullet ( 1E 0657-56 ) está formado por dos cúmulos de galaxias en colisión . Estrictamente hablando, el nombre de cúmulo Bullet se refiere al subcúmulo más pequeño, que se aleja del más grande. Se encuentra a una distancia radial comóvil de 1,141  Gpc (3,72  mil millones de años luz ). [2]

El objeto es de particular interés para los astrofísicos, porque se afirma que los estudios de lentes gravitacionales del cúmulo Bullet proporcionan evidencia sólida de la existencia de materia oscura . [3] [4] Las observaciones de otras colisiones de cúmulos de galaxias, como MACS J0025.4-1222 , apoyan de manera similar la existencia de materia oscura. [5]

Descripción general

Los principales componentes del par de cúmulos ( estrellas , gas y la presunta materia oscura) se comportan de manera diferente durante la colisión, lo que permite estudiarlos por separado. Las estrellas de las galaxias, observables en luz visible , no se vieron muy afectadas por la colisión y la mayoría pasaron directamente a través de ellas, desaceleradas gravitacionalmente pero sin ninguna otra alteración. El gas caliente de los dos componentes en colisión, visto en rayos X , representa la mayor parte de la materia bariónica u "ordinaria" en el par de cúmulos. Los gases del medio intracúmulo interactúan electromagnéticamente, lo que hace que los gases de ambos cúmulos se desaceleren mucho más que las estrellas.

El tercer componente, la materia oscura, fue detectado indirectamente por el efecto de lente gravitacional de los objetos de fondo. En teorías sin materia oscura, como la dinámica newtoniana modificada (MOND), se esperaría que el efecto de lente siguiera a la materia bariónica; es decir, el gas de rayos X. Sin embargo, el efecto de lente es más fuerte en dos regiones separadas cerca de las galaxias visibles (posiblemente coincidentes con ellas). Esto respalda la idea de que la mayor parte de la gravitación en el par de cúmulos se da en forma de dos regiones de materia oscura, que pasaron por alto las regiones de gas durante la colisión. Esto concuerda con las predicciones de que la materia oscura solo interactúa gravitacionalmente, en lugar de hacerlo de manera débil.

Imagen de rayos X (rosa) superpuesta a una imagen de luz visible (galaxias), con distribución de materia calculada a partir de lentes gravitacionales (azul)

El cúmulo Bullet es uno de los cúmulos de galaxias más calientes conocidos . Proporciona una restricción observable para los modelos cosmológicos, que pueden divergir a temperaturas más allá de su temperatura crítica predicha de cúmulo. [1] Observado desde la Tierra , el subcúmulo pasó por el centro del cúmulo hace 150 millones de años, creando una " onda de choque en forma de arco ubicada cerca del lado derecho del cúmulo" formada cuando "70 millones de kelvin de gas en el subcúmulo atravesó 100 millones de kelvin de gas en el cúmulo principal a una velocidad de aproximadamente casi 10 millones de km/h (6 millones de millas por hora)". [6] [7] [8] La emisión de radiación de choque de arco es equivalente a la energía de 10 cuásares típicos . [1]

Importancia para la materia oscura

El cúmulo Bullet proporciona evidencia sólida de la naturaleza de la materia oscura [4] [9] y proporciona "evidencia contra algunas de las versiones más populares de la dinámica newtoniana modificada (MOND)" aplicada a grandes cúmulos galácticos. [10] Con una significancia estadística de 8 σ , se encontró que el desplazamiento espacial del centro de la masa total con respecto al centro de los picos de masa bariónica no se puede explicar con una alteración de la ley de fuerza gravitacional solamente. [11]

Según Greg Madejski:

Resultados particularmente convincentes fueron inferidos de las observaciones Chandra del "cúmulo bala" (1E0657-56; Fig. 2) por Markevitch et al. (2004) y Clowe et al. (2004). Estos autores informan que el cúmulo está experimentando una fusión de alta velocidad (alrededor de 4.500 km/s), evidente a partir de la distribución espacial del gas caliente que emite rayos X , pero este gas se encuentra rezagado con respecto a las galaxias del subcúmulo. Además, el cúmulo de materia oscura, revelado por el mapa de lente débil, es coincidente con las galaxias sin colisión, pero se encuentra por delante del gas colisionante. Esta observación —y otras similares— permiten buenos límites en la sección transversal de la autointeracción de la materia oscura. [12]

Según Eric Hayashi:

La velocidad del subcúmulo de balas no es excepcionalmente alta para una subestructura de cúmulo, y puede acomodarse dentro de la cosmología del modelo Lambda-CDM actualmente favorecida ". [13]

Un estudio de 2010 afirmó que las velocidades de la colisión son "incompatibles con la predicción de un modelo LCDM". [14] Sin embargo, trabajos posteriores han encontrado que la colisión es consistente con las simulaciones LCDM, [15] con la discrepancia anterior derivada de pequeñas simulaciones y la metodología de identificación de pares. El trabajo anterior que afirmaba que el cúmulo Bullet era inconsistente con la cosmología estándar se basó en una estimación errónea de la velocidad de caída basada en la velocidad del choque en el gas emisor de rayos X. [15] Con base en el análisis del choque impulsado por la fusión, se argumentó recientemente que una velocidad de fusión menor ~3950 km/s es consistente con el efecto Sunyaev–Zeldovich y los datos de rayos X, siempre que el equilibrio de las temperaturas descendentes de electrones e iones no sea instantáneo. [16]

Interpretaciones alternativas

Mordehai Milgrom , el proponente original de la dinámica newtoniana modificada , ha publicado una refutación en línea [17] de las afirmaciones de que el cúmulo Bullet demuestra la existencia de materia oscura. Sostiene que las características observadas en el cúmulo Bullet también podrían ser causadas por materia estándar no detectada.

Otro estudio de 2006 [18] advierte contra "interpretaciones simples del análisis del efecto de lente gravitacional débil en el cúmulo de balas", dejando abierta la posibilidad de que incluso en el caso no simétrico del cúmulo de balas, MOND, o más bien su versión relativista TeVeS ( gravedad tensorial-vectorial-escalar ), podría explicar el efecto de lente gravitacional observado.

Véase también

Referencias

  1. ^ abcde Tucker, W. ; Blanco, P.; Rappoport, S. (marzo de 1998). "1E 0657-56: Un contendiente para el cúmulo de galaxias más caliente conocido". Astrophysical Journal Letters . 496 (1). David, L.; Fabricant, D.; Falco, EE; Forman, W.; Dressler, A.; Ramella, M.: L5. arXiv : astro-ph/9801120 . Código Bibliográfico :1998ApJ...496L...5T. doi :10.1086/311234. S2CID  16140198.
  2. ^ ab "Resultados de NED para el objeto Bullet Cluster". Base de datos extragaláctica de la NASA . Consultado el 4 de marzo de 2012 .
  3. ^ Clowe, Douglas; Gonzalez, Anthony; Markevich, Maxim (2004). "Reconstrucción de la masa mediante efecto de lente débil del cúmulo en interacción 1E0657-558: evidencia directa de la existencia de materia oscura". Astrophys. J . 604 (2): 596–603. arXiv : astro-ph/0312273 . Bibcode :2004ApJ...604..596C. doi :10.1086/381970. S2CID  12184057.
  4. ^ ab M. Markevitch; AH Gonzalez; D. Clowe; A. Vikhlinin; L. David; W. Forman; C. Jones; S. Murray y W. Tucker (2004). "Restricciones directas en la sección transversal de autointeracción de materia oscura del cúmulo de galaxias en fusión 1E0657-56". Astrophys. J . 606 (2): 819–824. arXiv : astro-ph/0309303 . Código Bibliográfico :2004ApJ...606..819M. doi :10.1086/383178. S2CID  119334056.
  5. ^ Brada, M; Allen, S. W; Ebeling, H; Massey, R; Morris, R. G; von der Linden, A; Applegate, D (2008). "Revelando las propiedades de la materia oscura en el cúmulo en fusión MACS J0025.4-1222". The Astrophysical Journal . 687 (2): 959. arXiv : 0806.2320 . Bibcode :2008ApJ...687..959B. doi :10.1086/591246. S2CID  14563896.
  6. ^ Observatorio de rayos X Chandra (2002). 1E 0657-56: Un arco de choque en un cúmulo de galaxias en fusión (imagen y descripción). Álbum de fotografías de Chandra. Universidad de Harvard.
  7. ^ 1e065756. spaceimages.com (foto).
  8. ^ "El estado dinámico del cúmulo de galaxias 1E0657-56". edpsciences-usa.org . 2002. Archivado desde el original el 18 de abril de 2015 . Consultado el 2 de septiembre de 2007 .
  9. ^ Markevitch, M.; Randall, S.; Clowe, D.; Gonzalez, A. y Bradac, M. (16–23 de julio de 2006). Materia oscura y el cúmulo de balas (PDF) . 36.ª Asamblea científica COSPAR (resumen). Pekín, China.
  10. ^ Randall, Scott (31 de mayo de 2006). "Charla a la hora del almuerzo" (resumen). Universidad de Harvard.
  11. ^ Clowe, Douglas; et al. (2006). "Una prueba empírica directa de la existencia de materia oscura". The Astrophysical Journal Letters . 648 (2): L109–L113. arXiv : astro-ph/0608407 . Código Bibliográfico :2006ApJ...648L.109C. doi :10.1086/508162. S2CID  2897407.[ Se necesita cita completa ]
  12. ^ Tucker, W.; Blanco, P.; Rappoport, S.; David, L.; Fabricant, D.; Falco, EE; Forman, W.; Dressler, A.; Ramella, M. (2006). "Observaciones recientes y futuras en las bandas de rayos X y rayos gamma: Chandra, Suzaku, GLAST y NuSTAR". Actas de la conferencia AIP . 801 : 21–30. arXiv : astro-ph/0512012 . Código Bibliográfico :2005AIPC..801...21M. doi :10.1063/1.2141828. S2CID  14601312.
  13. ^ Hayashi, Eric; White, ? (2006). "¿Cuán raro es el cúmulo de balas?". Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Letters . 370 (1): L38–L41. arXiv : astro-ph/0604443 . Bibcode :2006MNRAS.370L..38H. doi : 10.1111/j.1745-3933.2006.00184.x . S2CID  16684392.[ Se necesita cita completa ]
  14. ^ Lee, Jounghun; Komatsu, Eiichiro (2010). "Cúmulo bala: un desafío a la cosmología LCDM". Astrophysical Journal . 718 (1): 60–65. arXiv : 1003.0939 . Código Bibliográfico :2010ApJ...718...60L. doi :10.1088/0004-637X/718/1/60. S2CID  119250064.
  15. ^ ab Thompson, Robert; Davé, Romeel; Nagamine, Kentaro (1 de septiembre de 2015). "El ascenso y la caída de un retador: el cúmulo Bullet en simulaciones de materia oscura fría Lambda". Monthly Notices of the Royal Astronomical Society . 452 (3): 3030–3037. arXiv : 1410.7438 . Bibcode :2015MNRAS.452.3030T. doi : 10.1093/mnras/stv1433 . ISSN  0035-8711.
  16. ^ Di Mascolo, L.; Mroczkowski; Churazov, E.; Markevitch, M.; Basu, K.; Clarke, TE; et al. (2019). "Una medición de ALMA+ACA del choque en el cúmulo Bullet". Astronomía y Astrofísica . 628 : A100. arXiv : 1907.07680 . Bibcode :2019A&A...628A.100D. doi :10.1051/0004-6361/201936184. S2CID  197545195.
  17. ^ Milgrom, Moti , "La perspectiva de Milgrom sobre el grupo de balas", The MOND Pages , archivado desde el original el 21 de julio de 2016 , consultado el 27 de diciembre de 2016
  18. ^ GW Angus; B. Famaey y H. Zhao (2006). "¿Puede MOND recibir una bala? Comparaciones analíticas de tres versiones de MOND más allá de la simetría esférica". Mon. Not. R. Astron. Soc . 371 (1): 138–146. arXiv : astro-ph/0606216 . Bibcode :2006MNRAS.371..138A. doi : 10.1111/j.1365-2966.2006.10668.x . S2CID  15025801.

Lectura adicional

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