El protocúmulo galáctico y el ICM

Los cúmulos de galaxias son grandes agrupaciones de objetos de naturaleza galáctica y que, en algunos casos pueden albergar incluso miles de ellas. Aunque no son las únicas componentes cuando hablamos de estas acumulaciones. También está lo que denomina medio intracúmulo o ICM (IntraCluster Medium), compuesto principalmente por los materiales gaseosos que circulan en el espacio existente entre las galaxias del cúmulo. De hecho, este gas se extiende más allá de las propias galaxias sobre todo al principio. Luego, con el tiempo se disipa por lo que las observaciones para tomar datos del ICM son escasas.

La clave está en el ICM

Hasta ahora, el ICM tan solo se había podido estudiar en cúmulos de galaxias cercanos. Esto es así porque ya estaban completamente formados. Entonces, su estudio en protocúmulos permitiría a la comunidad astronómica captar estos gases en sus primeras etapas. Pues bien, un equipo dirigido por Luca Di Mascolo, investigador de la Universidad de Trieste, Italia, y autor principal del artículo que expone el estudio (Di Mascolo, 2023), buscaba detectar el ICM en un protocúmulo de las primeras etapas del Universo.

Estos cúmulos de galaxias son tan masivos que pueden reunir gas que se calienta a medida que cae hacia ellos. «Las simulaciones cosmológicas han predicho desde hace más de una década la presencia de gas caliente en protocúmulos, pero faltaban confirmaciones observacionales», explica Elena Rasia, investigadora del INAF (Istituto Nazionale di Astrofisica) en Trieste, Italia, y coautora del artículo. Es por eso que decidieron seleccionar uno de los candidatos más prometedores a contener todavía grandes cantidades del ICM.

El protocúmulo galáctico de la Teleraña fue el elegido

Eligieron el protocúmulo galáctico de la Telaraña, también conocido como MRC 1138-262. Está enmarcado en una época en la que el Universo tenía unos 3.000 millones de años. Esto es, algo más del 20% de su edad actual. Aunque, a pesar de que es el protocúmulo más estudiado, la detección del ICM no había sido posible. Sin embargo, encontrar una gran reserva de gas caliente indicaría que el sistema está camino de convertirse en un duradero y estable cúmulo de galaxias en lugar de dispersarse.

el protocúmulo galáctico de la Telaraña
Imagen del protocúmulo galácticode la Telaraña || Créditos: ESO/H. Ford (Ampliar).

El equipo de Di Mascolo logró detectar el ICM en el protocúmulo galáctico de la Telaraña mediante un efecto conocido como SZ o Sunyaev-Zeldovich. Este efecto ocurre cuando la luz del fondo cósmico de microondas pasa a través del ICM. Entonces, cuando esta luz interactúa con los electrones que se mueven rápidamente en el gas, gana algo de energía. Esto influye en su color, o lo que es lo mismo, en su longitud de onda, cambia ligeramente. De hecho, la mayor parte de la masa del cúmulo no pertenece a las galaxias, sino al ICM.

Descubriendo el ICM

«En las longitudes de onda correctas, el efecto SZ aparece como un efecto de sombra de un cúmulo de galaxias sobre el fondo cósmico de microondas», explica Di Mascolo. De hecho, al medir estas sombras en el fondo cósmico de microondas es posible inferir la existencia del gas caliente y estimar tanto su masa como estimar su forma. «Actualmente, ALMA es la única instalación capaz de realizar una medición de este tipo de los distantes progenitores de cúmulos masivos», añade Di Mascolo.

El gas caliente del ICM se muestra como una nube azul superpuesta, detectado con ALMA. Al producirse el efecto Sunyaev-Zeldovichlos los científicos pueden inferir cuánto gas caliente hay en el ICM y afirmar que el protocúmulo galáctico de la Telaraña está en proceso de convertirse en un cúmulo masivo unido por su propia gravedad || Créditos: ESO/Di Mascolo et al.; HST: H. Ford (Ampliar).

Ahora, con los datos obtenidos determinaron que el protocúmulo galáctico contiene una vasta reserva de gas caliente. Su temperatura se estima que es de unas pocas decenas de millones de grados centígrados. Anteriormente, se había detectado gas frío en este protocúmulo. Sin embargo ahora, con los datos de ALMA, se ha determinado que existen gases calientes, a varias decenas de millones de grados centígrados, que superan al gran frío en miles de veces. Con esto se puede concluir que el protocúmulo galáctico de la Telaraña se convertirá en un enorme cúmulo de galaxias aumentando su masa en al menos un factor de diez.

Clave para comprender los grandes objetos del universo

Me gustaría terminar con unas palabras de Tony Mroczkowski, coautor del artículo científico e investigador de ESO: «este sistema presenta enormes contrastes. El componente térmico caliente destruirá gran parte del componente frío a medida que el sistema evolucione, y estamos presenciando una transición delicada». Concluye declarando que “proporciona confirmación observacional de predicciones teóricas mantenidas durante mucho tiempo sobre la formación de los objetos gravitacionalmente ligados más grandes del Universo».

Artículos científicos relacionados

Di Mascolo, L., Saro, A., Mroczkowski, T. et al (2023). Forming intracluster gas in a galaxy protocluster at a redshift of 2.16. Nature 615, 809–812. DOI: 10.1038/s41586-023-05761-x (Ver).

Referencias

  • Astronomers witness the birth of a very distant cluster of galaxies from the early Universe. ESO Science release, eso2304 (Ver).
  • Un equipo de astrónomos observa el nacimiento de un cúmulo muy distante de galaxias del universo temprano. ESO Comunicado científico, eso2304es (Ver).

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