Artículo publicado por Jennifer Chu el 15 de agosto de 2012 en MIT

Su detección puede confirmar una antigua teoría.

A pesar de lo enorme que puede parecer la Vía Láctea, nuestra gran galaxia no es más que una mota de polvo en comparación con las mayores estructuras del universo: los cúmulos de galaxias – grupos de cientos de miles de galaxias ligadas por la gravedad. En el corazón de la mayoría de cúmulos galácticos se encuentran galaxias viejas masivas, dentro de las cuales apenas naces unas pocas estrellas cada año.

Ahora, un equipo formado por personal de múltiples instituciones y liderado por investigadores del MIT, ha identificado un cúmulo de galaxias a 7000 millones de años luz de distancia que empequeñece a la mayor parte de cúmulos conocidos, creando el asombroso número de 740 nuevas estrellas por año en la galaxia central. El cúmulo galáctico está entre los más masivos y luminosos del universo. Aunque los científicos han catalogado formalmente el cúmulo por el nombre SPT-CLJ2344-4243, el grupo encabezado por el MIT le ha dado un apodo más informal: el cúmulo Fénix, que toma su nombre de la constelación en la que reside.

Cúmulo Fénix

Impresión artística del cúmulo Fénix. Crédito: NASA/CXC/M. Weiss


Michael McDonald, Becario Hubble en el Instituto Kavli para Astrofísica e Investigación Espacial del MIT, dice que, aparte de su masa y brillo, el cúmulo Fénix tiene otra cualidad excepcional: mientras que los núcleos de la mayor parte de galaxias parecen rojos, lo que indica que sus estrellas son muy antiguas, la galaxia en el núcleo del cúmulo Fénix es de un azul brillante — un indicador de que el gas que la rodea se enfría rápidamente, generando las condiciones ideales para un nacimiento estelar masivo.

“Las galaxias centrales normalmente se conocen como ‘rojas y muertas’ – simplemente un puñado de viejas estrellas orbitando un agujero negro masivo, y no sucede nada nuevo”, dice McDonald. “Pero la galaxia central de este cúmulo ha logrado, de algún modo, volver a la vida, y está generando un prodigioso número de nuevas estrellas”.

McDonald y sus colegas publican sus hallazgos en el ejemplar de esta semana de Nature.

Buscando un núcleo frío

El nuevo cúmulo galáctico puede arrojar luz sobre un problema astrofísico que dura ya décadas, conocido como el “problema del flujo de enfriamiento”. El gas en el núcleo de un cúmulo, expulsado desde las galaxias cercanas y las explosiones de supernova, debería enfriarse con el tiempo de forma natural, formando un flujo lo bastante frío como para condensarse y formar nuevas estrellas. Sin embargo, los científicos no han podido identificar ningún cúmulo de galaxias que, de hecho, se enfríe a la velocidad predicha.

Una explicación, señala McDonald, puede ser que el enfriamiento natural del cúmulo se interrumpa de alguna manera. Cita como ejemplo al cúmulo de Perseo: el agujero negro en el centro de este cúmulo emite chorros de partículas que pueden recalentar el núcleo, evitando que se enfríe por completo.

“Lo interesante del cúmulo Fénix es que vemos casi todo el enfriamiento que se predijo”, comenta McDonald. “Podría ser que esté en una etapa anterior de la evolución, donde nada lo detenga, por tanto se enfría e inicia la creación de estrellas… de hecho, hay pocos objetos en el universo que formen estrellas más rápidamente que esta galaxia”.

Lograr una visión completa

El cúmulo Fénix se detectó por primera vez en 2010 por investigadores que usaban el South Pole Telescope, un telescopio de 10 metros de diámetro situado en la Antártida que estudia enormes zonas de cielo buscando nuevos cúmulos galácticos. McDonald y sus colegas usaron recientemente el Observatorio Espacial de Rayos X Chandra para estudiar los cúmulos más masivos identificados por el South Pole Telescope. El cúmulo Fénix apareció inmediatamente en los datos de rayos X como el cúmulo más brillante — un hallazgo que llevó a McDonald a realizar un seguimiento del cúmulo con más observaciones usando más telescopios.

El equipo finalmente consiguió imágenes del cúmulo Fénix de 10 telescopios distintos tanto espaciales como por todo el mundo. Cada telescopio observó el cúmulo en distintas longitudes de onda, iluminando distintas características del mismo.

“El agujero negro central es muy brillante en rayos X, pero la formación estelar lo es en el rango óptico y ultravioleta”, dice McDonald. “Por lo que tienes que trabajar en conjunto con todos estos telescopios distintos para lograr una visión completa”.

El equipo combinó datos de los 10 telescopios para determinar la masa y luminosidad del cúmulo de galaxias. Para calcular la masa, el grupo midió inicialmente la temperatura del cúmulo, que se estimó observando la longitud de onda máxima del cúmulo. McDonald explica que la longitud de onda máxima de un objeto revela información sobre su temperatura – por tanto, los investigadores identificaron el pico de longitud de onda del cúmulo Fénix en el espectro de rayos X y luego calcularon su temperatura.

A partir de la temperatura del cúmulo, el grupo calculó su masa: cuanto más caliente está una bola de gas, mayor es su masa global. Los investigadores hallaron que el cúmulo Fénix está fácilmente entre los cúmulos más masivos del universo.

Luego el grupo pasó a buscar señales de formación estelar; las nuevas estrellas son particularmente brillantes en el ultravioleta, y los investigadores encontraron que las imágenes ultravioletas tomadas del cúmulo revelaban cientos de estrellas jóvenes en el núcleo. La extrema luminosidad del cúmulo también indicaba que se enfriaba muy rápidamente, proporcionando muy probablemente el combustible para la formación estelar.

Brian McNamara, profesor de astrofísica en la Universidad de Waterloo, dice que el gran nacimiento estelar identificado por el grupo puede ilustrar cómo se pudieron haber formado las galaxias primigenias más masivas. Añade que el excepcional comportamiento del cúmulo Fénix puede ser el resultado de un problema en el mecanismo de su núcleo.

“Muestra enfriamiento y formación estelar durante una fase en la que el agujero negro supermasivo que merodeaba por el núcleo de la galaxia parece haber estado distraído”, comenta McNamara. “Pero una vez que el agujero negro se ponga en marcha y empiece a apartar la atmósfera caliente, talvez en unos 100 millones de años, debería detener el enfriamiento y reducir la tasa de formación estelar en un proceso de retroalimentación que está activo en la mayor parte de cúmulos de galaxias”.

McDonald espera acceder al Hubble Space Telescope para seguir estudiando este cúmulo galáctico masivo. “Verías estos fantásticos filamentos azules allí donde se forman las estrellas a partir de flujos de enfriamiento”, apunta McDonald. “Debería ser una visión bastante notable, en lugar de las imágenes tomadas desde tierra que muestran una mancha de luz azul”.

Sobre el aparentemente anómalo enfriamiento del cúmulo, McDonald supone que tal vez el fenómeno no es tan excepcional como parece.

“Podría ser un problema de sincronismo, donde el 1 por ciento del tiempo tienes esta vigorosa formación estelar y enfriamiento desbocado”, dice McDonald. “Podría ser que todos los cúmulos que vemos pase por esta fase, pero dura tan poco tiempo que es el único que hemos encontrado. Estuvimos en el lugar correcto en el momento adecuado”.


Autor: Jennifer Chu
Fecha Original: 15 de agosto de 2012
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