Cúmulo de galaxias fósiles según lo observado por XMM-Newton. Click para agrandar
Las galaxias comienzan pequeñas, pero crecen con el tiempo a medida que se fusionan con otras galaxias. Todo lo que queda es una gran galaxia llamada grupo fósil, que se encuentra dentro de un halo aún más grande de materia oscura. Los astrónomos están desconcertados sobre cómo estos grupos fósiles pueden formarse rápidamente; algunos no deberían poder hacerlo en la vida del Universo. Las nuevas observaciones de los observatorios XMM-Newton de Chandra y la ESA han proporcionado nuevas pistas sobre cómo estos grupos se colapsan y se forman.
Aprovechando la alta sensibilidad de XMM-Newton de la ESA y la visión nítida de los observatorios espaciales de rayos X Chandra de la NASA, los astrónomos han estudiado el comportamiento de los cúmulos de galaxias fósiles masivas, tratando de descubrir cómo encuentran el tiempo para formarse.
Muchas galaxias residen en grupos de galaxias, donde experimentan encuentros cercanos con sus vecinos e interactúan gravitacionalmente con la materia oscura, masa que impregna todo el espacio intergaláctico pero no es directamente visible porque no emite radiación.
Estas interacciones hacen que las grandes galaxias se muevan lentamente en espiral hacia el centro del grupo, donde pueden fusionarse para formar una única galaxia central gigante, que se traga progresivamente a todos sus vecinos.
Si este proceso se completa y no hay nuevas galaxias en el grupo, el resultado es un objeto denominado "grupo fósil", en el que casi todas las estrellas se recogen en una sola galaxia gigante, que se encuentra en el centro de un halo de materia oscura del tamaño de un grupo. La presencia de este halo se puede inferir de la presencia de gas caliente extenso, que llena los pozos de potencial gravitacional de muchos grupos y emite rayos X.
Un grupo de astrónomos internacionales estudió en detalle las características físicas del grupo fósil más masivo y caliente conocido, con el objetivo principal de resolver un rompecabezas y comprender la formación de fósiles masivos. De hecho, de acuerdo con modelos teóricos simples, ¡simplemente no podrían haberse formado en el tiempo disponible para ellos!
El grupo fósil investigado, llamado "RX J1416.4 + 2315", está dominado por una galaxia elíptica única ubicada a mil quinientos millones de años luz de distancia, y es 500 mil millones de veces más luminosa que el Sol.
Las observaciones de rayos X de XMM-Newton y Chandra, combinadas con análisis ópticos e infrarrojos, revelaron que el grupo se encuentra dentro de un halo de gas caliente que se extiende por más de tres millones de años luz y se calienta a una temperatura de 50 millones de grados, principalmente debido al calentamiento por choque. resultado del colapso gravitacional.
Una temperatura tan alta, aproximadamente el doble de los valores estimados previamente, suele ser característica de los cúmulos de galaxias. Otra característica interesante de todo el sistema de clúster es su gran masa, que alcanza más de 300 billones de masas solares. Solo alrededor del dos por ciento en forma de estrellas en galaxias, y el 15 por ciento en forma de rayos X que emiten gas caliente. El principal contribuyente a la masa del sistema es la materia oscura invisible, que une gravitacionalmente a los otros componentes.
Según los cálculos, un cúmulo fósil tan masivo como RX J1416.4 + 2315 no habría tenido tiempo de formarse durante toda la era del universo. El proceso clave en la formación de tales grupos fósiles es el proceso conocido como "fricción dinámica", por el cual una gran galaxia pierde su energía orbital a la materia oscura circundante. Este proceso es menos efectivo cuando las galaxias se mueven más rápido, lo que hacen en "cúmulos" masivos de galaxias.
Esto, en principio, establece un límite superior para el tamaño y la masa de los grupos fósiles. Sin embargo, los límites exactos aún se desconocen, ya que la geometría y la distribución de masa de los grupos pueden diferir de lo que se supone en modelos teóricos simples.
"Los modelos simples para describir la fricción dinámica suponen que las galaxias fusionadas se mueven a lo largo de órbitas circulares alrededor del centro de la masa del cúmulo", dice Habib Khosroshahi de la Universidad de Birmingham (Reino Unido), primer autor de los resultados. "En cambio, si suponemos que las galaxias caen hacia el centro del cúmulo en desarrollo de forma asimétrica, como a lo largo de un filamento, la fricción dinámica y, por lo tanto, el proceso de formación del cúmulo puede ocurrir en una escala de tiempo más corta", continúa. Tal hipótesis es apoyada por la emisión de rayos X altamente alargada que observamos en RX J1416.4 + 2315, para sostener la idea de un colapso a lo largo de un filamento dominante ".
El brillo óptico de la galaxia dominante central en este fósil es similar al de las galaxias más brillantes en grandes cúmulos (llamados "BCG"). Según los astrónomos, esto implica que tales galaxias podrían haberse originado en grupos fósiles alrededor de los cuales el cúmulo se acumula más tarde. Esto ofrece un mecanismo alternativo para la formación de BCG en comparación con los escenarios existentes en los que los BCG se forman dentro de los grupos durante o después del colapso del grupo.
"El estudio de grupos fósiles masivos como RX J1416.4 + 2315 es importante para probar nuestra comprensión de la formación de la estructura en el universo", agrega Khosroshahi. "Se están realizando simulaciones cosmológicas que intentan reproducir las propiedades que observamos para comprender cómo se desarrollan estos sistemas extremos", concluye.
Fuente original: Comunicado de prensa de la ESA
