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Grupos y cúmulos de galaxias

MACS J0152.5-2852 es un cúmulo de galaxias masivo. Casi cada píxel que se ve en la imagen es una galaxia, cada una de las cuales contiene miles de millones de estrellas. [1]

Los grupos y cúmulos de galaxias son los objetos gravitacionalmente ligados más grandes conocidos que han surgido hasta ahora en el proceso de formación de la estructura cósmica. [2] Forman la parte más densa de la estructura a gran escala del Universo . En los modelos de formación gravitacional de la estructura con materia oscura fría , las estructuras más pequeñas colapsan primero y finalmente forman las estructuras más grandes, cúmulos de galaxias. Los cúmulos se forman relativamente recientemente entre hace 10 mil millones de años y ahora. Los grupos y cúmulos pueden contener de diez a miles de galaxias individuales. Los cúmulos mismos a menudo están asociados con grupos más grandes, no ligados gravitacionalmente, llamados supercúmulos .

Grupos de galaxias

Mapa de las posiciones de miles de galaxias en el sondeo VIPERS [3]

Los grupos de galaxias son los agregados de galaxias más pequeños. Por lo general, no contienen más de 50 galaxias en un diámetro de 1 a 2 megaparsecs (Mpc) (ver 10 22 m para comparaciones de distancia). Su masa es de aproximadamente 10 13 masas solares . La dispersión de velocidades para las galaxias individuales es de aproximadamente 150 km/s. Sin embargo, esta definición debe usarse solo como guía, ya que los sistemas de galaxias más grandes y más 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 en el universo local. Los grupos tienen un rango de masa entre las de las galaxias elípticas muy grandes y 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 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.

Cúmulos de galaxias

La rica dispersión de galaxias fue captada por el telescopio MPG/ESO .

Los cúmulos son más grandes que los grupos, aunque no hay una línea divisoria clara entre ambos. Cuando se observan visualmente, los cúmulos parecen ser colecciones de galaxias unidas por la atracción gravitatoria mutua. Sin embargo, sus velocidades son demasiado grandes para que permanezcan unidas gravitatoriamente 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 es muy caliente, entre 10 7 K y 10 8 K, y por lo tanto emite rayos X en forma de radiación de frenado y emisión de línea atómica .

El cúmulo de galaxias ACO 3341 visto por el VIMOS del VLT

La masa total del gas es mayor que la de las galaxias en aproximadamente un factor de dos. Sin embargo, esto todavía no es suficiente masa para mantener las galaxias en el cúmulo. Dado que este gas está en equilibrio hidrostático aproximado con el campo gravitatorio 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 el gas caliente. El componente faltante se conoce como materia oscura y su naturaleza es desconocida. En un cúmulo típico tal vez solo el 5% de la masa total está en forma de galaxias, tal vez el 10% en forma de gas caliente emisor de rayos X y el resto es materia oscura. Brownstein y Moffat [8] utilizan una teoría de gravedad modificada para explicar las masas de los cúmulos de rayos X sin materia oscura. Las observaciones del cúmulo Bullet 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 gravedad modificada también puede explicar las propiedades del cúmulo.

Métodos de observación

El cúmulo de galaxias LCDCS-0829 actúa como una lupa gigante. Este extraño efecto se denomina lente gravitacional .

Se han descubierto cúmulos de galaxias mediante estudios realizados con diversas técnicas de observación y se han estudiado en detalle utilizando muchos métodos:

Temperatura y densidad

El cúmulo de galaxias maduras más distante [13], captado por el Very Large Telescope de ESO en Chile y por el telescopio Subaru de NAOJ en Hawái

Los cúmulos de galaxias son los objetos más recientes y más masivos que han surgido en la formación de la estructura jerárquica del Universo y el estudio de los cúmulos nos dice cómo 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 miembro y la energía térmica del gas dentro del cúmulo es observable dentro de la banda de paso de rayos X. El estado observado del gas dentro de un cúmulo está determinado por una combinación de calentamiento por choque durante la acreción, enfriamiento radiativo y retroalimentación térmica desencadenada por ese enfriamiento. La densidad , la temperatura y la subestructura del gas de rayos X intracúmulo representan, por lo tanto, la historia térmica completa de la formación del cúmulo. 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]

Lista de grupos y clusters

Véase también

Referencias

  1. ^ "Una dispersión de galaxias espirales y elípticas". Imagen de la semana de la ESA/Hubble . Consultado el 25 de septiembre de 2013 .
  2. ^ Voit, G. Mark (2005). "Rastreando la evolución cósmica con cúmulos de galaxias". Reseñas de Física Moderna . 77 (1): 207–258. arXiv : astro-ph/0410173 . Código Bibliográfico :2005RvMP...77..207V. doi :10.1103/revmodphys.77.207. S2CID  119465596.
  3. ^ "Un enorme mapa del universo distante alcanza la mitad de su recorrido". ESO . Consultado el 2 de abril de 2013 .
  4. ^ Departamento de Física de la UTK. "Grupos de galaxias". Universidad de Tennessee, Knoville . Consultado el 27 de septiembre de 2012 .
  5. ^ Muñoz, RP; et al. (11 de diciembre de 2012). "Análisis dinámico de grupos de galaxias con efecto lente fuerte en corrimientos al rojo intermedios". Astronomy & Astrophysics . 552 (publicado en abril de 2013): 18. arXiv : 1212.2624 . Bibcode :2013A&A...552A..80M. doi :10.1051/0004-6361/201118513. S2CID  17865754. A80.
  6. ^ Mike Irwin. "El grupo local" . Consultado el 7 de noviembre de 2009 .
  7. ^ S. Paul; RS John; P. Gupta; H. Kumar (2017). "Entender los 'grupos de galaxias' como una estructura única en el universo". Monthly Notices of the Royal Astronomical Society . 471 (1): 2–11. arXiv : 1706.01916 . Bibcode :2017MNRAS.471....2P. doi : 10.1093/mnras/stx1488 .
  8. ^ Brownstein, JR; Moffat, JW (2006). "Masas de cúmulos de galaxias sin materia oscura no bariónica". Monthly Notices of the Royal Astronomical Society . 367 (2): 527–540. arXiv : astro-ph/0507222 . Código Bibliográfico :2006MNRAS.367..527B. doi : 10.1111/j.1365-2966.2006.09996.x . S2CID  119343858.
  9. ^ Markevitch; Gonzalez; Clowe; Vikhlinin; David; Forman; Jones; Murray; 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.
  10. ^ Coe, Dan; Benítez, Narciso; Broadhurst, Tom; Moustakas, Leonidas A. (2010). "Un mapa de masas de alta resolución de la subestructura de un cúmulo de galaxias: análisis LensPerfect de A1689". The Astrophysical Journal . 723 (2): 1678–1702. arXiv : 1005.0398 . Código Bibliográfico :2010ApJ...723.1678C. doi :10.1088/0004-637X/723/2/1678. S2CID  119916381.
  11. ^ McDermott, Samuel D.; Yu, Hai-Bo; Zurek, Kathryn M. (2011). "Apagando las luces: ¿Qué tan oscura es la materia oscura?". Physical Review D . 83 (6): 063509. arXiv : 1011.2907 . Bibcode :2011PhRvD..83f3509M. doi :10.1103/PhysRevD.83.063509. S2CID  118538115.
  12. ^ Brownstein, JR; Moffat, JW (2007). "La evidencia del cúmulo Bullet 1E0657-558 muestra gravedad modificada en ausencia de materia oscura". Monthly Notices of the Royal Astronomical Society . 382 (1): 29–47. arXiv : astro-ph/0702146v3 . Bibcode :2007MNRAS.382...29B. doi : 10.1111/j.1365-2966.2007.12275.x . S2CID  119084968.
  13. ^ "El cúmulo de galaxias maduras más distante". Comunicado científico de ESO . ESO . Consultado el 9 de marzo de 2011 .
  14. ^ Galaxias. Fundación Wikimedia. p. 55.[ enlace muerto permanente ]

Lectura adicional