Gracias al Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), en el que ESO es socio, los astrónomos han descubierto una gran reserva de gas caliente en el cúmulo de galaxias que aún se está formando alrededor de la galaxia de la Telaraña: la detección más lejana de gas caliente hasta la fecha. . Los cúmulos de galaxias se encuentran entre los objetos más grandes conocidos en el Universo y este resultado, publicado en la revista Nature, revela una vez más la precocidad de la formación de estas estructuras.
Los cúmulos de galaxias, como su nombre indica, albergan una gran cantidad de galaxias, a veces incluso miles. También contienen un vasto «medio intracúmulo» (ICM) de gas que impregna el espacio entre las galaxias del cúmulo. Este gas en realidad pesa mucho más que las propias galaxias. Gran parte de la física de los cúmulos de galaxias se comprende bien, pero las observaciones de las primeras fases de la formación de ICM siguen siendo raras.Anteriormente, el ICM solo se había estudiado en cúmulos de galaxias completamente formados cercanos. Detectar un ICM en cúmulos de galaxias distantes, es decir, cúmulos de galaxias que aún se están formando, permitiría a los astrónomos observar estos cúmulos en las primeras etapas de su formación. Un equipo liderado por Luca Di Mascolo, primer autor del estudio e investigador de la universidad (Una universidad es una institución de educación superior cuyo objetivo es el…) de Trieste, Italia, se centró en detectar un ICM en un grupo de galaxias en los primeros días del Universo.
Los cúmulos de galaxias son tan masivos que pueden acumular gas que se calienta a medida que cae hacia el cúmulo. “Las simulaciones cosmológicas han predicho la presencia de gas caliente en los cúmulos de galaxias durante más de una década, pero las observaciones no han podido confirmarlo”, dice Elena Rasia, investigadora del Instituto (Un instituto es un instituto de organización creado con un propósito determinado. Es…) Instituto Nacional Italiano de Astrofísica (Astrofísica (del griego astro = estrella y physiqui = física) es una rama…) (INAF) de Trieste, Italia, y coautor del estudio. “La búsqueda (Investigación científica designa en primer lugar todas las acciones emprendidas con vistas a…) tal confirmación observacional nos llevó a seleccionar uno de los candidatos más prometedores para cúmulos en formación o proto-cúmulos”. Estos son proto-cúmulos de la Telaraña, ubicados en un momento en que el Universo tenía solo 3 mil millones de años. Aunque es el proto-cúmulo más estudiado, la presencia de un ICM sigue siendo incierta. El descubrimiento de una gran reserva de gas caliente en este protocúmulo indicaría que el sistema está en camino de convertirse en un verdadero cúmulo de galaxias de larga vida en lugar de dispersarse.
El equipo de Luca Di Mascolo detectó el ICM del proto-cúmulo Spider’s Web a través de lo que se conoce como el efecto térmico Sunyaev-Zeldovich (SZ). Este efecto se produce cuando la luz (Luz son todas las ondas electromagnéticas visibles al ojo…) procedente del fondo cósmico de microondas (El fondo cósmico de microondas es el nombre que recibe la radiación electromagnética procedente de…) – la radiación (Radiación, sinónimo de radiación en física, designa el proceso de emisión o…) residual del Big Bang (El Big Bang es el período denso y caliente que el universo experimentó un… ) – durmiente (Un durmiente es un elemento fundamental de la vía férrea.Es una pieza atravesada…) el ICM. Cuando esta luz interactúa con los electrones de rápido movimiento en el gas caliente, gana algo de energía y su color, o longitud de onda, cambia ligeramente. «En las longitudes de onda correctas, el efecto SZ aparece como un efecto de sombra de un cúmulo de galaxias en el fondo cósmico de microondas», explica Luca Di Mascolo.
Al medir estas sombras en el fondo cósmico de microondas, los astrónomos pueden deducir la existencia de gas caliente, estimar su masa y mapear su forma. «Gracias a su resolución y sensibilidad inigualables, ALMA es la única instalación actualmente capaz de realizar tal medición para progenitores distantes de cúmulos masivos”, dice Luca Di Mascolo. Los investigadores determinaron que el proto-cúmulo de Spider’s Web contiene un vasto reservorio de gas caliente a una temperatura de algunas decenas de millones de grados centígrados. Anteriormente, se había detectado gas frío en este protocúmulo, pero la masa de gas caliente descubierta en este nuevo estudio lo supera en varios miles de veces. Este hallazgo muestra que se espera que el cúmulo de galaxias de la telaraña se transforme en un cúmulo de galaxias masivo en aproximadamente 10 mil millones de años, con un aumento de su masa de al menos un factor de diez.
Tony Mroczkowski, coautor del artículo e investigador de ESO, explica que «este sistema presenta enormes contrastes. La componente térmica caliente destruirá gran parte de la componente fría durante la evolución del sistema, y estamos asistiendo a una transición delicada». «. Concluye que «este sistema confirma mediante la observación las predicciones teóricas de larga data sobre la formación de los objetos gravitacionalmente más grandes del Universo».
Estos resultados ayudan a sentar las bases para las sinergias entre ALMA y el futuro Very Large Telescope (ELT) de ESO, que «revolucionará el estudio de estructuras como la tela de araña», explica Mario Nonino, coautor del estudio e investigador del Instituto Astronómico Observatorio (Un observatorio astronómico es un lugar destinado a la observación astronómica. Los laboratorios…) de Trieste. El ELT y sus instrumentos avanzados, como HARMONI y MICADO, podrán observar los protocúmulos y brindarnos información detallada sobre las galaxias dentro de ellos. Junto con las capacidades de ALMA para rastrear la formación del ICM, esto proporcionará información crucial sobre el ensamblaje de algunas de las estructuras más grandes del Universo primitivo.
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