CIENCIA

Print Friendly

Fusiones turbulentas

Los conglomerados de galaxias crecen devorándose unos a otros

IGOR ZOLNERKEVIC | ED. 228 | FEBRERO 2015

 

Espiral de gas de Abell 2052...

Espiral de gas de Abell 2052…

Los agrupamientos de galaxias pueden parecerse a una copa llena de vino, al menos para la visión experimentada de los astrofísicos, tal como lo comprueba el último trabajo del experto en conglomerados de galaxias de la Universidad de São Paulo (USP), Gastão Lima Neto, y su colega, el posdoctorando Rubens Machado, especialista en simulaciones astronómicas por computadora. Todo connoisseur sabe que, para apreciar mejor los aromas de un buen vino, es necesario balancear en forma circular la copa antes de llevarla a la nariz. También sabe que si realiza ese movimiento con demasiada vehemencia, las ondas provocadas por el giro en la superficie del líquido ‒que ayudan a liberar en el aire el aroma del vino‒ pueden crecer hasta desbordar la copa.

Las observaciones astronómicas sugerían que un fenómeno muy parecido al desborde de un líquido provocado por el movimiento giratorio de su recipiente habría ocurrido, a escala cósmica, hace miles de millones de años en el conglomerado de galaxias Abell 2052. Parte del gas acumulado en el centro de ese conjunto de cientos de galaxias situado a 480 millones de años luz de distancia de la Tierra, habría sido sacudido hasta su expulsión hacia la periferia del conglomerado, generando una cola gaseosa con forma de espiral que se extiende por el amplio espacio entre las galaxias por más de 800 mil años luz (alrededor de ocho veces la longitud de la galaxia donde se encuentra el Sol, la Vía Láctea). Un estudio llevado a cabo por Machado y Lima Neto, cuyos resultados se publicarán en la edición de marzo de la revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, es el primero que explica, mediante simulaciones en computadora, el derrame de gas hacia la espiral observada en el conglomerado Abell 2052. “Los científicos sospechaban de la existencia de ese mecanismo, pero nadie había realizado cálculos para verificarlo”, dice Machado.

Las nuevas simulaciones sugieren que, hace unos 2 mil millones de años, un pequeño grupo de galaxias integrado por algunas decenas de éstas, viajando por el espacio a una velocidad de mil kilómetros por segundo, atravesó la periferia del conglomerado Abell 2052, a alrededor de 6 millones de años luz de su centro. Inmediatamente, el pequeño grupo viajero habría sido atrapado por la enorme fuerza gravitatoria del conglomerado mayor y sus galaxias comenzaron a girar alrededor del centro de Abell 2052. Sin embargo, tal como lo establecen las leyes del movimiento, toda acción produce una reacción. Según Machado, el paso del pequeño grupo por alrededor del conglomerado provocó una turbulencia en el centro de Abell 2052. “La perturbación gravitatoria del pequeño grupo desplazó al conglomerado hacia uno y otro lado”, explica. “El gas que se hallaba estable en el centro del conglomerado comenzó a oscilar y acabó escapando hacia afuera”.

...la misma espiral recreada en un simulador

…la misma espiral recreada en un simulador

Machado y Lima Neto compararon los resultados de sus simulaciones con imágenes de galaxias cercanas al conglomerado y lograron identificar otro grupo de galaxias en su periferia que bien podrían haber sido las causantes del desborde. Esas galaxias presentan la misma disposición y masa total del grupo que, según las simulaciones, habría puesto a sacudirse a Abell 2052 hace 2 mil millones de años

El pequeño conjunto de galaxias posee una masa total 10 billones de veces mayor que la masa del Sol (10 billones de kilogramos). La masa total del conglomerado Abell 2052 es 100 veces mayor: mil billones de masas solares. Sin embargo, lo más sorprendente, es que los cientos de galaxias del conglomerado, cada una con miles de millones de estrellas, suman tan sólo un 3% de la masa total del mismo. “Curiosamente, las galaxias son tan sólo un detalle en los conglomerados, un fragmento que incluso podemos ignorar tranquilamente en las simulaciones”, dice Machado.

La mayor parte de la masa de los conglomerados de galaxias, un 82%, está formada por lo que se conoce como materia oscura, cuya naturaleza aún es completamente desconocida por los físicos. El 15% restante de la masa de los conglomerados de galaxias se encuentra bajo la forma de gases esparcidos por el amplio espacio de millones de años luz entre las galaxias. Ese gas está constituido principalmente por átomos de hidrógeno ionizados. A pesar de ser menos denso, es más caliente que el núcleo del Sol y emite rayos X de alta energía que son captados aquí en la Tierra por telescopios espaciales. Lima Neto compara la observación de ese gas caliente con una radiografía médica. Si se observa dónde hay más o menos rayos X dentro de un conglomerado galáctico, se puede realizar un diagnóstico de su historia, como fue el caso de la espiral de rayos X que detectó el telescopio Chandra en el conglomerado Abell 2052.

El conglomerado lleva ese nombre porque pertenece al denominado Catálogo Abell, una lista con más de 4 mil conglomerados de galaxias que comenzó a compilar el astrónomo estadounidense George Abell, en 1958. Actualmente, los astrónomos saben que esos conjuntos de cientos de miles de galaxias se formaron mediante la fusión de conglomerados menores que colisionaron entre sí en el transcurso de miles de millones de años. “Son pocos los conglomerados que observamos en el momento que chocan”, explica Machado. “Pese a ello, hay muchos conglomerados con signos de haber sufrido colisiones; el objetivo de las simulaciones es hacer una reconstrucción de cómo las sortearon”.

En una simulación de colisión frontal, el conglomerado menor atraviesa al mayor... ... reproduciendo la cola de rayos X (en amarillo)

En una simulación de colisión frontal, el conglomerado menor atraviesa al mayor reproduciendo la cola de rayos X…

Colisión espectacular
Los científicos Rubens Machado y Lima Neto decidieron llevar a cabo el trabajo con el Abell 2052 luego del éxito que obtuvieron al simular una colisión aún más espectacular, que fue la que originó el conglomerado Abell 3376. Con masa y tamaño similar a los del Abell 2052, el 3376 se encuentra ubicado a 614 millones de años luz de distancia de la Tierra. Lima Neto integró un equipo internacional de astrónomos que en 2006 publicó observaciones del Abell 3376 en la revista Science, verificando que los electrones en el espacio circundante al conglomerado emiten ondas de radio, a causa de la energía que absorbieron a través de las ondas de choque generadas por la colisión entre dos conglomerados menores, que se fusionaron para formar uno mayor. En ese mismo artículo, los astrónomos revelaron que el gas caliente emisor de rayos X en el interior del conglomerado Abell 3376 se concentra en una región con forma de arco, que se asemeja a un cometa.

Las simulaciones que publicó el dúo en 2013 en el periódico Montly Notices of the Royal Astronomical Society, sugieren que el Abell 3376 es producto de la colisión de dos conglomerados que ocurrió hace 500 millones de años. Un conglomerado grande se topó de frente con uno menor, de alrededor de un sexto de la masa del Abell 3376 actual. El conglomerado menor penetró en el mayor y aún hoy lo está atravesando, a una velocidad de 2.600 kilómetros por segundo. Machado explica que esa velocidad es cuatro veces mayor que la velocidad del sonido en el gas del conglomerado. La velocidad supersónica de la colisión es la causa del arco de cometa que se observó en 2006.

...que se observó en el conglomerado Abell 3376

…que se observó en el conglomerado Abell 3376

Para el estudio del Abell 3376, Machado analizó más de 200 simulaciones, donde cada una reconstruye 3 mil millones de años de la historia del conglomerado en una forma diferente. Cada simulación demoraba 12 horas en ser calculada. Una computadora común tardaría 16 años para efectuar ese estudio. Sin embargo, el mismo se llevó a cabo en tan sólo tres meses utilizando el Alphacrucis, un cluster integrado por 2.304 procesadores instalado en el Instituto de Astronomía, Geofísica y Ciencias Atmosféricas (IAG) de la USP, en 2012 (lea en Pesquisa FAPESP, edición nº 193).

La gran dificultad para simular en computadora la fuerza de gravedad de la materia oscura y del gas caliente de los conglomerados radica en que la pérdida de energía ocasionada por la emisión de rayos X anula parte de la información sobre el pasado del conglomerado. “No existe un criterio matemático que permita explorar todos los escenarios posibles”, explica Machado. “Nosotros propusimos una cronología minuciosa y físicamente plausible, pero hay una manera de asegurarse de que las soluciones halladas sean únicas”.

“Ése es el punto débil de las simulaciones”, comenta el astrónomo Renato Dupke, del Observatorio Nacional de Río de Janeiro, quien observa colisiones entre conglomerados de galaxias. Dupke nota que lo que se observa actualmente es una proyección del conglomerado en el cielo. “Se trata de la proyección bidimensional de un objeto tridimensional, lo cual dificulta saber qué está sucediendo en la línea de visión. Además, algunas propiedades del conglomerado se miden indirectamente. Por eso, pueden existir distintas soluciones para el mismo problema y se requiere un análisis posterior para escoger la mejor de ellas”.

Esto es lo que hicieron Lima Neto y Machado en enero del año pasado, cuando observaron el conglomerado Abell 3376 con el Telescopio Blanco del Observatorio Interamericano de Cerro Tololo, en Chile. Los datos de sus observaciones todavía no se han analizado, pero los científicos esperan que la distribución de la materia oscura del conglomerado, aún desconocida, coincida con lo previsto en sus simulaciones. “Estamos expectantes”, comenta Machado. “De cualquier modo, pronto publicaremos un nuevo artículo al respecto”.

Artículo científico
MACHADO, R. E. G. y LIMA NETO, G. L. Simulations of gas sloshing in galaxy cluster Abell 2052. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.  v. 447 (3). mar. 2015.

 


Matérias relacionadas

FAST
Un radiotelescopio chino comienza a operar dentro de tres meses
SOAR
Con un aparato se podrá obtener datos de las primeras estrellas del Universo
ASTRONOMÍA
Un “salto” de Júpiter habría empujado a Mercurio hasta su posición...