Crédito de imagen: ESO
Un equipo de astrónomos europeos y chilenos ha descubierto varios grandes cúmulos de galaxias a una distancia de 8 mil millones de años luz que deberían proporcionar información sobre la estructura y la evolución del Universo. Los cúmulos de galaxias se descubrieron combinando imágenes del telescopio espacial XMM-Newton de la ESA y el Very Large Telescope de la ESO. Los cúmulos de galaxias no se distribuyen de manera uniforme, sino que aparecen colgados en el Universo como una red, y hasta ahora parece que la forma de estos cúmulos no ha cambiado desde que el Universo era muy joven.
Utilizando el satélite ESA XMM-Newton, un equipo de astrónomos europeos y chilenos [2] ha obtenido la imagen de rayos X de "campo amplio" más profunda del mundo hasta la fecha. Esta visión penetrante, cuando se complementa con observaciones de algunos de los telescopios ópticos terrestres más grandes y eficientes, incluido el Very Large Telescope (VLT) de ESO, ha dado como resultado el descubrimiento de varios grandes cúmulos de galaxias.
Estos primeros resultados de un ambicioso programa de investigación son extremadamente prometedores y allanan el camino para un censo muy completo y exhaustivo de los cúmulos de galaxias en varias épocas. Confiando en la tecnología astronómica más avanzada y con una eficiencia de observación inigualable, este proyecto proporcionará nuevas ideas sobre la estructura y la evolución del Universo distante.
La web universal
A diferencia de los granos de arena en una playa, la materia no se distribuye uniformemente por todo el Universo. En cambio, se concentra en galaxias que se congregan en grupos (e incluso grupos de grupos). Estos grupos están "encadenados" en todo el Universo en una estructura similar a una red, cf. ESO PR 11/01.
Nuestra galaxia, la Vía Láctea, por ejemplo, pertenece al llamado Grupo Local que también comprende "Messier 31", la galaxia de Andrómeda. El Grupo Local contiene alrededor de 30 galaxias y mide unos pocos millones de años luz de diámetro. Otros grupos son mucho más grandes. El cúmulo Coma contiene miles de galaxias y mide más de 20 millones de años luz. ¡Otro ejemplo bien conocido es el cúmulo de Virgo, que cubre no menos de 10 grados en el cielo!
Los cúmulos de galaxias son las estructuras ligadas más masivas del Universo. Tienen masas del orden de mil millones de millones de veces la masa de nuestro Sol. Su distribución espacial tridimensional y la densidad numérica cambian con el tiempo cósmico y proporcionan información sobre los principales parámetros cosmológicos de una manera única.
Aproximadamente una quinta parte de la masa ópticamente invisible de un cúmulo tiene la forma de un gas caliente difuso entre las galaxias. Este gas tiene una temperatura del orden de varias decenas de millones de grados y una densidad del orden de un átomo por litro. A temperaturas tan altas, produce una potente emisión de rayos X.
Observar este gas intergaláctico y no solo las galaxias individuales es como ver los edificios de una ciudad durante el día, no solo las ventanas iluminadas por la noche. Esta es la razón por la cual los cúmulos de galaxias se descubren mejor usando satélites de rayos X.
Utilizando satélites de rayos X anteriores, los astrónomos han realizado estudios limitados de la estructura a gran escala del Universo cercano. Sin embargo, hasta ahora carecían de los instrumentos para extender la búsqueda a grandes volúmenes del Universo distante.
Las observaciones de campo amplio de XMM-Newton
Marguerite Pierre (CEA Saclay, Francia), con un equipo de astrónomos europeo / chileno conocido como el consorcio XMM-LSS [2], utilizó el gran campo de visión y la alta sensibilidad del observatorio de rayos X de la ESA XMM-Newton para busca cúmulos remotos de galaxias y mapea su distribución en el espacio. Podrían remontar unos 7,000 millones de años a una era cosmológica cuando el Universo tenía aproximadamente la mitad de su tamaño y edad actual, cuando los cúmulos de galaxias estaban más apretados.
Rastrear los grupos es un proceso minucioso de varios pasos, que requiere telescopios espaciales y terrestres. De hecho, a partir de imágenes de rayos X con XMM, fue posible seleccionar varias decenas de objetos candidatos de agrupación, identificados como áreas de radiación X mejorada (ver foto PR 19b / 03).
¡Pero tener candidatos no es suficiente! Deben ser confirmados y estudiados con telescopios terrestres. Junto con XMM-Newton, Pierre utiliza el generador de imágenes de campo muy amplio conectado al Telescopio Canadá-Francia-Hawái de 4 m, en Mauna Kea, Hawái, para tomar una instantánea óptica de la misma región del espacio. Luego, un programa de computadora a medida combina los datos de XMM-Newton en busca de concentraciones de rayos X que sugieran estructuras grandes y extendidas. Estos son los grupos y representan solo alrededor del 10% de las fuentes de rayos X detectadas. Las otras son en su mayoría galaxias activas distantes.
De vuelta al suelo
Cuando el programa encuentra un clúster, amplía esa región y convierte los datos de XMM-Newton en un mapa de contorno de intensidad de rayos X, que luego se superpone a la imagen óptica CFHT (Foto PR 19c / 03). Los astrónomos usan esto para verificar si hay algo visible dentro del área de emisión extendida de rayos X.
Si se ve algo, el trabajo cambia a uno de los mejores telescopios ópticos / infrarrojos del mundo, el Very Large Telescope (VLT) del Observatorio Europeo Austral en Paranal (Chile). Mediante los instrumentos multimodo FORS, los astrónomos se acercan a las galaxias individuales en el campo, tomando medidas espectrales que revelan sus características generales, en particular su desplazamiento al rojo y, por lo tanto, la distancia.
Las galaxias en racimo tienen distancias similares y estas medidas finalmente proporcionan, al promediar, la distancia del cúmulo, así como la dispersión de la velocidad en el cúmulo. Los instrumentos FORS se encuentran entre los más eficientes y versátiles para este tipo de trabajo, con un espectro promedio de 30 galaxias a la vez.
Las primeras observaciones espectroscópicas dedicadas a la identificación y medición de desplazamiento al rojo de los cúmulos de galaxias XMM-LSS tuvieron lugar durante tres noches en el otoño de 2002.
Hasta marzo de 2003, solo había 5 grupos conocidos en la literatura con un desplazamiento al rojo tan grande con suficientes desplazamientos al rojo medidos espectroscópicamente para permitir una estimación de la dispersión de la velocidad. Pero el VLT permitió obtener la dispersión en un grupo distante en solo 2 horas, generando grandes expectativas para el trabajo futuro.
700 espectros ...
Marguerite Pierre está extremadamente contenta: el clima y las condiciones de trabajo en el VLT fueron óptimas. Solo en tres noches, se observaron 12 campos en racimo, produciendo no menos de 700 espectros de galaxias. La estrategia general resultó muy exitosa. La alta eficiencia de observación del VLT y FORS respaldan nuestro plan para realizar estudios de seguimiento de grandes cantidades de grupos distantes con relativamente poco tiempo de observación. Esto representa un aumento más sustancial en la eficiencia en comparación con las búsquedas anteriores.
El presente programa de investigación ha comenzado bien, demostrando claramente la viabilidad de este nuevo enfoque de telescopios múltiples y su muy alta eficiencia. Y Marguerite Pierre y sus colegas ya están viendo los primeros resultados tentadores: parece confirmar que el número de grupos de hace 7,000 millones de años es poco diferente al de hoy. Este comportamiento particular es predicho por modelos del Universo que se expanden para siempre, conduciendo a los cúmulos de galaxias cada vez más separados.
Igualmente importante, este enfoque de múltiples longitudes de onda y telescopios desarrollado por el consorcio XMM-LSS para localizar cúmulos de galaxias también constituye un siguiente paso decisivo en la sinergia fértil entre los observatorios espaciales y terrestres y, por lo tanto, es un componente básico del próximo Observatorio Virtual.
Más información
Este trabajo se basa en dos artículos que se publicarán en la revista profesional de astronomía, Astronomy and Astrophysics (Encuesta XMM-LSS: I. Motivaciones científicas, diseño y primeros resultados de Marguerite Pierre et al., Astro-ph / 0305191 y The XMM -LSS encuesta: II. Primeros cúmulos de galaxias de alto desplazamiento al rojo: sistemas relajados y colapsantes por Ivan Valtchanov et al., Astro-ph / 0305192).
El Dr. M. Pierre dará una charla invitada sobre este tema en el Simposio 216 de IAU - Mapas del Cosmos - este jueves 17 de julio de 2003 durante la Asamblea General de IAU 2003 en Sydney, Australia.
Notas
[1]: Esta es una versión coordinada de ESO / ESA.
[2]: El consorcio XMM-LSS está dirigido por el Servicio de Astrofísica del CEA (Francia) y está formado por institutos del Reino Unido, Irlanda, Dinamarca, Países Bajos, Bélgica, Francia, Italia, Alemania, España y Chile. La página de inicio del proyecto XMM-LSS se puede encontrar en http://vela.astro.ulg.ac.be/themes/spatial/xmm/LSS/index_e.html
[3]: En astronomía, el "desplazamiento al rojo" denota la fracción por la cual las líneas en el espectro de un objeto se desplazan hacia longitudes de onda más largas. Como el desplazamiento al rojo de un objeto cosmológico aumenta con la distancia, el desplazamiento al rojo observado en una galaxia remota también proporciona una estimación de su distancia.
Fuente original: Comunicado de prensa de ESO
