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Un equipo de científicos logró unir las piezas de la compleja y violenta historia del cúmulo de galaxias Abell 2744, apodado cúmulo de Pandora, usando telescopios espaciales y terrestres, incluyendo el Very Large Telescope de ESO en Chile y el Telescopio Espacial Hubble. Abel 2744 parece ser el resultado del encuentro simultáneo de cuatro cúmulos de galaxias distintos, una compleja colisión que ha producido extraños efectos nunca antes observados de manera conjunta.
22 de junio de 2011
Cuando grandes cúmulos de galaxias chocan entre sí, el caos resultante es un tesoro de información para los astrónomos. Mediante el estudio de uno de los cúmulos en colisión más complejos e inusuales en el cielo, un equipo internacional de astrónomos consiguió armar las piezas de la historia de este choque cósmico que se prolongó durante 350 millones de años.
Julian Merten, uno de los científicos que lideró el nuevo estudio del cúmulo Abell 2744, explica: “Así como el investigador de un choque va uniendo las piezas que causaron un accidente, nosotros podemos usar las observaciones de estos múltiples choques cósmicos para reconstruir eventos que ocurrieron durante un período de cientos de millones de años. Esto nos revela cómo se formaron las estructuras en el Universo y cómo interactúan entre sí diferentes tipos de materia cuando se encuentran y chocan”.
“Lo bautizamos como el cúmulo de Pandora porque muchos fenómenos diferentes y extraños se desencadenaron a causa de la colisión. Algunos de estos fenómenos nunca antes habían sido observados”, agrega Renato Dupke, otro integrante del equipo.
Abell 2744 pudo ser estudiada como nunca antes gracias a la combinación de datos obtenidos con el Very Large Telescope de ESO en Cerro Paranal (Chile), el telescopio japonés Subaru, el Telescopio Espacial Hubble NASA/ESA, y el Observatorio espacial Chandra de Rayos-X de la NASA.
Las galaxias en el cúmulo son claramente visibles en las imágenes del VLT y el Hubble. Si bien las galaxias son brillantes, solo se puede apreciar el 5% de su masa. El resto es gas (cerca de un 20%), que por su alta temperatura sólo emite rayos-X, y energía oscura (cerca de un 75%), que es completamente invisible. Para comprender lo que ocurre en esta colisión el equipo necesitó trazar un mapa de las posiciones de todos los tipos de masa en Abell 2744.
La materia oscura es particularmente escurridiza ya que no emite, absorbe o refleja luz (de ahí su nombre), sino que sólo se hace perceptible a través de su atracción gravitacional. Para marcar con exactitud la ubicación de esta misteriosa substancia, el equipo aprovechó un fenómeno conocido como lente gravitacional, que corresponde a la curvatura de los rayos de luz provenientes de galaxias distantes al pasar a través de campos gravitacionales presentes en el cúmulo. El resultado es una serie de reveladoras distorsiones en las galaxias del fondo observadas con el VLT y el Hubble. Trazando cuidadosamente la forma en que estas imágenes son distorsionadas, es posible trazar un mapa bastante preciso de la ubicación de la materia oscura.
Comparativamente, encontrar el gas caliente en el cúmulo es mucho más simple ya que el Observatorio espacial Chandra de Rayos-X puede observarlo directamente. Estas observaciones no sólo son cruciales para determinar dónde está el gas, sino también para mostrar el ángulo y la velocidad a la que chocan los diferentes componentes del cúmulo.
Cuando los astrónomos revisaron los resultados se encontraron con varios rasgos curiosos: “Abell 2744 parece haberse formado a partir de cuatro cúmulos diferentes involucrados en una serie de colisiones durante un período de unos 350 millones de años. La complicada e irregular distribución de los diferentes tipos de materia es extremadamente inusual y fascinante”, dice Dan Coe, el otro autor principal del estudio.
Al parecer la compleja colisión ha separado parte del gas caliente y la materia oscura, por lo que éstas ahora se encuentra separadas una de la otra y de las galaxias visibles. El cúmulo de Pandora combina varios fenómenos que solamente han podido ser observados de manera aislada en otros sistemas.
Cerca del centro del cúmulo hay una “bala”, donde el gas de un cúmulo colisiona con el gas de otro, creando una onda de choque. La materia oscura pasa a través de la colisión sin ser afectada [1].
En otra parte del cúmulo parece haber galaxias y materia oscura, pero no gas. El gas puede haber sido eliminado durante la colisión, dejando atrás sólo una débil estela.
Características incluso más extrañas yacen en las partes exteriores del cúmulo. Una región contiene una gran cantidad de materia oscura, pero no posee galaxias luminosas ni gas caliente. Una nube de gas que se encuentra separada fue eyectada, la que precede en lugar de seguir a la materia oscura asociada. Esta caótica distribución podría estar insinuando a los astrónomos algo sobre el comportamiento de la materia oscura y cómo los variados ingredientes del Universo interactúan entre sí.
Los cúmulos de galaxias son las mayores estructuras en el cosmos; contienen literalmente trillones de estrellas. La manera en que se forman y se desarrollan a través de repetidas colisiones tiene profundas consecuencias en nuestra comprensión del Universo. Los estudios sobre el cúmulo de Pandora, el más complejo y fascinante en su tipo encontrado hasta ahora, continúan avanzando.
Notas
[1] Este efecto ha sido observado previamente en ciertas colisiones de cúmulos de galaxias, incluyendo el original “cúmulo de la Bala”.
Información adicional
Este estudio es presentado en el artículo “Creation of cosmic structure in the complex galaxy cluster merger Abell 2744”, publicado en la revista científica Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
El equipo está compuesto por J. Merten (Institute for Theoretical Astrophysics, Heidelberg, Alemania; INAF-Osservatorio Astronomico di Bologna, Italia), D. Coe (Space Telescope Science Institute, Baltimore, Estados Unidos), R. Dupke (University of Michigan, Estados Unidos; Eureka Scientific, Estados Unidos; National Observatory, Rio de Janeiro, Brasil), R. Massey (University of Edinburgh, Escocia), A. Zitrin (Tel Aviv University, Israel), E.S. Cypriano (Universidad de Sao Paulo, Brasil), N. Okabe (Academia Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics, Taiwan), B. Frye (University of San Francisco, Estados Unidos), F. Braglia (University of British Columbia, Canadá), Y. Jimenez-Teja (Instituto de Astrofísica de Andalucía, Granada, España), N. Benitez (Instituto de Astrofísica de Andalucía), T. Broadhurst (Universidad del País Vasco, España), J. Rhodes (Jet Propulsion Laboratory/Caltech, Estados Unidos), M. Meneghetti (INAF-Osservatorio Astronomico di Bologna, Italia), L. A. Moustakas (Caltech), L. Sodre Jr. (Universidad de Sao Paulo, Brasil), J. Krick (Spitzer Science Center/IPAC/Caltech, Estados Unidos) y J. N. Bregman (University of Michigan).
ESO, el Observatorio Europeo Austral, es la principal organización astronómica intergubernamental en Europa y el observatorio astronómico más productivo del mundo. Es apoyado por 15 países: Alemania, Austria, Bélgica, Brasil, Dinamarca, España, Finlandia, Francia, Holanda, Italia, Portugal, el Reino Unido, República Checa, Suecia y Suiza. ESO desarrolla un ambicioso programa enfocado en el diseño, construcción y operación de poderosas instalaciones de observación terrestres que permiten a los astrónomos hacer importantes descubrimientos científicos. ESO también cumple un rol principal en promover y organizar la cooperación en investigación astronómica. ESO opera tres sitios únicos de observación de clase mundial en Chile: La Silla, Paranal y Chajnantor. En Paranal, ESO opera el Very Large Telescope, el observatorio óptico más avanzado del mundo y dos telescopios de rastreo. VISTA trabaja en el infrarrojo y es el telescopio de rastreo más grande del mundo y el VST (sigla en inglés del Telescopio de Rastreo del VLT) es el telescopio más grande diseñado exclusivamente para rastrear el cielo en luz visible. ESO es el socio europeo de un revolucionario telescopio, ALMA, el proyecto astronómico más grande en desarrollo. ESO está actualmente planificando el European Extremely Large Telescope, E-ELT, el telescopio óptico y de infrarrojo cercano de la categoría de 40 metros, que llegará a ser “el ojo más grande del mundo en el cielo”.
http://www.eso.org/public/spain/news/eso1120/
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Los rayos X, la materia oscura y las galaxias en el cúmulo Abell 2744
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Esta imagen combina visible exposición a la luz del cúmulo de galaxias Abell 2744 tomada por el Telescopio Espacial de la NASA / ESA Hubble y el Very Large Telescope del Observatorio Europeo del Sur, con datos de rayos X de Chandra de la NASA Observatorio de Rayos X y una reconstrucción matemática de la ubicación de la oscuridad materia.
Las galaxias en el cúmulo, mientras que ellos son la única parte que es visible en la parte óptica del espectro, en realidad sólo ofrecen un 5% de la masa en el cúmulo.
Caliente intracluster gas (que se muestra en color rosa, y es responsable de alrededor del 20% de la masa en el grupo) es visible a través de sus emisiones de rayos X, observada por Chandra de la NASA vía satélite.
La superposición de color azul muestra un mapa de la masa en el cúmulo. Esto se reconstruye sobre la base de un análisis detallado de la forma en que la luz se dobla en racimo de galaxias en el fondo distante. La evidencia de esta curvatura de la luz se puede ver en el arco-como las distorsiones en algunas partes de esta imagen. Dado que la materia oscura compone la mayor parte de la masa en el cúmulo - alrededor del 75% - esta plantilla azul revela la ubicación de la materia oscura invisible de otro modo.
El análisis de estos datos ha permitido a los científicos observar algunos fenómenos extraños en Abell 2744, incluyendo un bolsillo de la materia oscura sin gas o galaxias, y un grupo de galaxias sin gas asociado. Los astrónomos creen que Abell 2744 formado por el choque en cadena simultánea de al menos cuatro grupos distintos.
crédito: NASA, ESA, ESO, CXC + D. Coe (STScI) / J. Merten (Heidelberg / Bolonia)
http://www.eso.org/public/images/eso1120a/
Grupo de Pandora (VLT vista)
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Esta imagen del Telescopio Muy Grande de ESO (VLT) de ESO en el Observatorio Paranal en Chile, muestra una amplia vista del cúmulo de galaxias Abell 2744 la fusión. Este objeto ha sido llamado Grupo de Pandora porque los fenómenos diferentes y tan extrañas se han desatado por una gran colisión que se produjo durante un período de 350 millones de años. Un choque en cadena simultánea entre un mínimo de cuatro grupos separados produce efectos extraños que nunca se han visto juntos antes. La información del VLT fueron utilizados para estudiar la distribución de materia oscura en este grupo complejo.
crédito: ESO y D. Coe (STScI) / J. Merten (Heidelberg / Bolonia)
http://www.eso.org/public/images/eso1120b/
http://www.eso.org/public/images/eso1120c/
Grupo de Pandora - El Hubble vista de Abell 2744
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Esta imagen de la Cámara Avanzada para Sondeos del Telescopio Espacial de la NASA / ESA Hubble muestra las regiones centrales del cúmulo de galaxias Abell 2744 la fusión de notable. Este objeto ha sido llamado Grupo de Pandora, porque de los muchos fenómenos diferentes y extraños que se desataron por una gran colisión que se produjo durante un período de 350 millones de años. Un choque en cadena simultánea entre un mínimo de cuatro grupos separados ha producido efectos extraños que nunca se han visto juntos antes.
crédito: NASA, ESA y D. Coe (STScI) / J. Merten (Heidelberg / Bolonia)
http://www.eso.org/public/images/eso1120d/
Amplio campo de visión de Abell 2744
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Este punto de vista terrestre muestra el área del cielo alrededor de la fusión cúmulo de galaxias Abell 2744, que se ha dado el apodo de racimo de Pandora. Este objeto notable parece ser el resultado de la colisión de al menos cuatro grupos de galaxias separadas. En esta imagen del propio cluster es apenas visible como un pequeño enjambre de manchas tenues muy cerca del centro.
crédito: ESA / Hubble y Encuesta digitalizados cielo 2. Reconocimiento: Davide De Martin (ESA / Hubble) Ogna)
http://www.eso.org/public/images/eso1120e/
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ESOcast 31: Grupo de Pandora
http://www.eso.org/public/videos/eso1120a/
Este episodio conjunta de la Hubblecast y ESOcast presenta Abell 2744, un grupo inusual de galaxias conocido como "Pandora Cluster" por los astrónomos que han estudiado. En cuanto a la materia de galaxias, gas y oscura en el cúmulo, los científicos han reconstruido la serie de colisiones enorme que lo creó, y han descubierto algunos fenómenos extraños nunca vistos juntos antes.
Crédito: ESO / ESA / Hubble
Diseño visual y edición: Martin Kornmesser
Animaciones: Martin Kornmesser, Luis Calçada
Web de apoyo y técnico: Lars Holm Nielsen y Raquel Yumi Shida
Escrito por: Usher Oli y gancho Richard
Narración: Gaitee Hussain
Imágenes: NASA, ESA, ESO
Música: movetwo
Dirigida por: Usher Oli
Productor ejecutivo: Lars Lindberg Christensen
Simulación de los acontecimientos en la fusión de Abell 2744
http://www.eso.org/public/videos/eso1120b/
Esta animación muestra cómo el caso de fusión notables que creó el cúmulo de galaxias Abell 2944, conocido como Grupo de Pandora, puede haber ocurrido. Las regiones rojas son nubes de gas muy caliente, detectados por su emisión de rayos X. Las nubes azules son regiones ricas en materia oscura que sólo puede ser descubierto indirectamente por su influencia gravitatoria. Esta animación muestra cómo los diferentes componentes se comportaron durante un período de varios millones de años, lo que lleva hasta sus posiciones se observan actualmente.
crédito: ESO / L. Calçada y J. Merten (Heidelberg / Bolonia)
Zoom en un racimo de Pandora
http://www.eso.org/public/videos/eso1120c/
Esta secuencia se inicia con una visión amplia de los cielos del sur. Nos acercamos a una región aparentemente vacía en la constelación del Escultor débil. Como nos acercamos más, podemos empezar a hacer una nube tenue de galaxias muy distantes. En la secuencia final, en base a las imágenes del VLT de ESO y el Telescopio de la NASA / ESA Hubble, este objeto se revela como un grupo espectacularmente rica fusión de galaxias llamado Abell 2744, y apodado Grupo Pandora. Este objeto notable parece ser el resultado de la colisión de al menos cuatro grupos de galaxias separadas.
crédito: ESO / NASA / ESA y J. Merten (Heidelberg / Bolonia) / D. Coe (STScI) / Digitized Sky Survey 2 / A. Fujii. Música: Música: John Dyson (de la Moonwind álbum)
Panoramica a través de Abell 2744, Grupo Pandora
http://www.eso.org/public/videos/eso1120d/
Este video muestra una imagen compuesta de Hubble y VLT observaciones del cúmulo de galaxias Abell 2744, conocido como Grupo de Pandora. Este objeto notable parece ser el resultado de la colisión de al menos cuatro grupos de galaxias separadas.
crédito: ESO / NASA / ESA y D. Coe (STScI) / J. Merten (Heidelberg / Bolonia)
Salu2 a tod@s
