Cúmulo de galaxias

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Estructura formada por una agregación gravitacional de cientos de galaxias

Imagen compuesta de cinco galaxias agrupadas sólo 600 millones de años después del nacimiento del Universo

Un cúmulo de galaxias, o un cúmulo de galaxias, es una estructura que consta de cientos a miles de galaxias unidas por la gravedad, con masas típicas que van desde 10¹⁴ a 10¹⁵ masas solares. Son las segundas estructuras ligadas gravitacionalmente más grandes conocidas en el universo después de los filamentos de galaxias y se creía que eran las estructuras más grandes conocidas en el universo hasta la década de 1980, cuando se descubrieron los supercúmulos. Una de las características clave de los clústeres es el medio intracluster (ICM). El ICM consiste en gas calentado entre las galaxias y tiene una temperatura máxima entre 2 y 15 keV que depende de la masa total del cúmulo. Los cúmulos de galaxias no deben confundirse con los cúmulos galácticos (también conocidos como cúmulos abiertos), que son cúmulos estelares dentro de las galaxias, o con los cúmulos globulares, que normalmente orbitan alrededor de las galaxias. Los pequeños agregados de galaxias se denominan grupos de galaxias en lugar de cúmulos de galaxias. Los grupos y cúmulos de galaxias pueden agruparse para formar supercúmulos.

Los cúmulos de galaxias notables en el Universo relativamente cercano incluyen el cúmulo de Virgo, el cúmulo de Fornax, el cúmulo de Hércules y el cúmulo de Coma. Una gran agregación de galaxias conocida como el Gran Atractor, dominada por el Cúmulo Norma, es lo suficientemente masiva como para afectar la expansión local del Universo. Los cúmulos de galaxias notables en el Universo distante y con alto corrimiento al rojo incluyen SPT-CL J0546-5345 y SPT-CL J2106-5844, los cúmulos de galaxias más masivos encontrados en el Universo primitivo. En las últimas décadas, también se ha descubierto que son sitios relevantes de aceleración de partículas, una característica que se ha descubierto al observar emisiones de radio difusas no térmicas, como halos de radio y reliquias de radio. Usando el Observatorio de rayos X Chandra, también se han encontrado estructuras como frentes fríos y ondas de choque en muchos cúmulos de galaxias.

Propiedades básicas

El cúmulo Galaxy IDCS J1426 se encuentra a 10 mil millones de años luz de la Tierra y tiene la masa de casi 500 billones de soles (imagen de longitud de onda múltiple: rayos X en luz azul, visible en verde y luz infrarroja en rojo).

Los cúmulos de galaxias suelen tener las siguientes propiedades:

Contienen entre 100 y 1.000 galaxias, rayos X calientes emitiendo gas y grandes cantidades de materia oscura. Los detalles se describen en la sección "Composición".
La distribución de los tres componentes es aproximadamente la misma en el grupo.
Tienen masa total de 10¹⁴ a 10¹⁵ Masas solares.
Normalmente tienen un diámetro de 1 a 5 Mpc (ver 1023 m para comparaciones de distancia).
La propagación de las velocidades para las galaxias individuales es de unos 800–1000 km/s.

Composición

Hay tres componentes principales de un cúmulo de galaxias. Se tabulan a continuación:

Nombre de los componentes	Fracción de masas	Descripción
Galaxies	1%	En observaciones ópticas, sólo las galaxias son visibles
Gas intergaláctico en medio intracluster	9%	Plasma entre las galaxias a alta temperatura y emite radiación de rayos X por bremsstrahlung térmica
Asunto oscuro	90%	La mayoría de componente masivo pero no se puede detectar ópticamente y se infiere a través de interacciones gravitacionales

Clasificación

Los cúmulos de galaxias se clasifican como tipo I, II o III según su morfología.

Los cúmulos de galaxias como instrumentos de medición

Desplazamiento al rojo gravitatorio

Radek Wojtak, del Instituto Niels Bohr de la Universidad de Copenhague, utilizó cúmulos de galaxias para probar las predicciones de la relatividad general: pérdida de energía de la luz que escapa de un campo gravitatorio. Los fotones emitidos desde el centro de un cúmulo de galaxias deberían perder más energía que los fotones que provienen del borde del cúmulo porque la gravedad es más fuerte en el centro. La luz emitida desde el centro de un cúmulo tiene una longitud de onda más larga que la luz que proviene del borde. Este efecto se conoce como corrimiento al rojo gravitacional. Utilizando los datos recopilados de 8000 cúmulos de galaxias, Wojtak pudo estudiar las propiedades del corrimiento al rojo gravitacional para la distribución de galaxias en cúmulos. Descubrió que la luz de los cúmulos se desplazaba hacia el rojo en proporción a la distancia desde el centro del cúmulo, como predijo la relatividad general. El resultado también apoya fuertemente el modelo Lambda-Cold Dark Matter del Universo, según el cual la mayor parte del cosmos está compuesto de Dark Matter que no interactúa con la materia.

Lentes gravitacionales

Los cúmulos de galaxias también se utilizan por su fuerte potencial gravitacional como lentes gravitacionales para aumentar el alcance de sus telescopios. La distorsión gravitacional del espacio-tiempo ocurre cerca de cúmulos de galaxias masivos y desvía el camino de los fotones para crear una lupa cósmica. Esto se puede hacer con fotones de cualquier longitud de onda, desde la óptica hasta la banda de rayos X. Este último es más difícil, porque los cúmulos de galaxias emiten muchos rayos X. Sin embargo, la emisión de rayos X todavía puede detectarse cuando se combinan datos de rayos X con datos ópticos. Un caso particular es el uso del cúmulo de galaxias Phoenix para observar una galaxia enana en sus primeras etapas de formación estelar de alta energía.

Lista

El supercluster de Laniakea con muchos cúmulos de galaxias

Grupos temáticos
Grupo	Notas
Virgo Cluster	El clúster de galaxias masivas más cercano
Norma Cluster	El cúmulo en el corazón del Gran Attractor
Bote de bala	Una fusión de racimo con la primera separación observada entre materia oscura y materia normal
Esto enumera algunos de los grupos más notables; para más grupos, vea el artículo de la lista.

Galería

Izquierda: Imagen del Telescopio Espacial Hubble (2017) Bien. Imagen del telescopio espacial James Webb (2022)

Deep Field – Galaxy cluster SMACS J0723.3-7327.

Abell 2744 cúmulo de galaxias – galaxias extremadamente distantes reveladas por lentes gravitacionales (16 de octubre de 2014).

Imágenes

Grupo Galaxy SPT-CL J0615-5746.
Grupo Galaxy RXC J0232.2-4420.
Grupo Galaxy RXC J0032.1+1808 como parte del programa RELICS.
El clúster de galaxias masivas PSZ2 G138.61-10.84 está a unos seis mil millones de años luz.
HAWK-I y Hubble exploran el cúmulo RCS2 J2327 con la masa de dos soles quadrillion.
Abell 2537 es útil para provocar fenómenos cósmicos como materia oscura y energía oscura.
Abell 1300 actúa como una lente, doblando el tejido del espacio alrededor de ella.
Grupo Galaxy WHL J24.3324-8.477.
La galaxia de fondo ha sido marcada gravitacionalmente por el cúmulo de galaxias que interviene.
Imagen "Smiley" – cluster de galaxias (SDSS J1038+4849) " Lente gravitacional (un anillo de Einstein) (HST).
Galaxy cluster SpARCS1049 tomada por Spitzer y el Telescopio Espacial Hubble.
Galaxy cluster MOO J1142+1527 discovered by the MaDCoWS survey
Abell 2744 cúmulo de galaxias (HST).
Magnificar el universo distante a través de MACS J0454.1-0300.
La turbulencia puede impedir que los cúmulos de galaxias se enfríen; ilustrado: Perseus Cluster y Virgo Cluster (Radio X de Chandra).
MACS0416.1-2403 imágenes del HST
El cúmulo de galaxias Abell 2813 (también conocido como ACO 2813) imagen del telescopio espacial Hubble NASA/ESA
Menagerie of Galaxies — El cúmulo de galaxias ACO S 295
Cosmic Lens Flare
Puntos Hubble tres imágenes de una supernova distante