J0717.5 J0416.1-2403 de MACS y MACS + 3745: telescopios se combinan para empujar la frontera en cúmulos de galaxias

Los Cúmulos de Galaxias son enormes conjuntos de cientos o incluso miles de galaxias y grandes reservorios de gas caliente en grandes nubes de materia oscura, material invisible que no emiten ni absorben luz, pero pueden ser detectadas a través de sus efectos gravitacionales. Estos gigantes cósmicos no son simplemente novedades de tamaño o circunferencia - que representan vías para comprender la evolución de nuestro universo en el pasado y donde pueden dirigirse en el futuro.

Para saber más sobre los racimos, incluyendo cómo crecen a través de colisiones, los astrónomos han utilizado algunos de los telescopios más poderosos del mundo, en diferentes tipos de luz. Se han centrado muchos observaciones con los telescopios en un racimos de la galaxia, media docena. El nombre de este proyecto de racimo de la galaxia es los "Campos de Frontera".

Dos de estos cúmulos de galaxias de frontera campos, Mac J0416.1-2403 (abreviado Mac J0416) y MACS J0717.5 + 3745 (J0717 de MACS para el cortocircuito) se presentan aquí en un par de imágenes de la multi-longitud de onda.

Aproximadamente 4.300 millones de años luz de la Tierra, MACS J0416 se encuentra un par de cúmulos de galaxias que chocan que eventualmente se combinan para formar un grupo aún más grande. J0717 Mac, una de la más compleja y distorsionada galaxia en grupos conocida, es el sitio de una colisión entre cuatro grupos. Se encuentra a unos 5.400 millones años luz de la Tierra.

Estas nuevas imágenes de J0416 MACS y MACS J0717 contienen datos de tres telescopios diferentes: Observatorio de rayos x Chandra de la NASA (emisión difusa en azul), telescopio del espacio de Hubble (rojo, verde y azul) y Jansky Very Large Array de la NSF (emisión difusa de color rosa). Cuando la emisión de rayos x y radio se superponen la imagen aparece púrpura. Los astrónomos también utilizan datos de gigante Metrewave Radio telescopio en la India en el estudio de las propiedades de MACS J0416.

 

Los datos de Chandra muestran gas en las agrupaciones, fusión con temperaturas de millones de grados. Los datos ópticos muestran las galaxias en los racimos y otros, las galaxias más distantes, detrás de los grupos . Algunas de estas galaxias de fondo son altamente distorsionados debido a lentes gravitacionales, la flexión de la luz por los objetos masivos. Este efecto también puede ampliar la luz de estos objetos, permitiendo a los astrónomos estudiar galaxias de fondo que serían demasiado débiles para detectar. Por último, las estructuras en los datos de radio trazan enormes ondas de choque y turbulencia. Los choques son similares a los auges sonic, generados por las fusiones de los grupos.

 

Nuevos resultados de los estudios de onda J0416 MACS y MACS J0717, descrito en dos artículos separados, se incluyen a continuación

 

¿Ha sido una incógnita para los astrónomos acerca de MACS J0416: estamos viendo una colisión en estos grupos que está a punto de ocurrir o que ya ha tenido lugar? Hasta hace poco, los científicos han sido incapaces de distinguir entre estas dos explicaciones. Ahora, los datos combinados de estos telescopios diferentes está proporcionando nuevas respuestas.

En MACS J0416 la materia oscura (que deja su huella gravitacional en los datos ópticos) y el gas caliente (detectada por Chandra) se alinean bien con los demás. Esto sugiere que los grupos han sido capturados antes de chocar. Si los grupos estaban siendo observados después de la colisión de la materia oscura y caliente gas debe separarse unos de otros, como se ve en el famoso sistema de cluster que chocan, conocido como el cúmulo bala.

Este punto de vista del cúmulo bala, situado unos 3,8 billones años luz de la tierra, combina una imagen del Observatorio de rayos x Chandra de la NASA con datos ópticos del telescopio espacial Hubble y el telescopio Magellan en Chile. Este grupo, conocido oficialmente como 1E 0657-56, se formó después de la colisión violenta de dos grandes cúmulos de galaxias. Se ha convertido en un objeto muy popular para la investigación astrofísica, incluyendo estudios de las propiedades de la materia oscura y la dinámica del gas de millones de grados.

En las últimas investigaciones, el cúmulo de la bala se ha utilizado para buscar la presencia de restos de antimateria en el universo muy temprano. Antimateria está formada por partículas elementales que tienen las masas mismas como sus contrapartes de materia correspondiente - protones, neutrones y electrones - sino lo contrario cargas y propiedades magnéticas.

 

La imagen óptica muestra las galaxias en el cúmulo de la bala y la imagen de rayos x (rojo) revela cuánto gas caliente que ha chocado. Si algunos del gas de cada cluster tiene partículas de antimateria, entonces habrá aniquilación entre la materia y antimateria y los rayos x estará acompañados por rayos gamma.

 

La cantidad observada de rayos x de Chandra y la no detección de rayos gamma desde el Observatorio de rayos Gamma Compton de la NASA muestran que la fracción de antimateria en el cúmulo bala es menos de tres partes por millón. Por otra parte, simulaciones de la fusión de Bullet Cluster muestran que estos resultados descartar cualquier cantidades significativas de antimateria a escalas de aproximadamente 65 millones de años luz, una estimación de la separación original de los dos grupos que chocan.

 

Sigamos:

El cluster en la parte superior izquierda contiene un núcleo compacto de gas caliente, más fácil de ver en una imagen especialmente procesada y también muestra evidencia de una cavidad cercana o agujero en el gas de emisión de rayos x. La presencia de estas estructuras sugiere también que una gran colisión no se ha producido recientemente, de lo contrario estas características probablemente habría sido interrumpidas. Por último, la falta de estructuras afiladas en la imagen de radio proporciona más evidencia de que una colisión que todavía no ha ocurrido.

 

En el cúmulo situado en la parte inferior derecha, los observadores han señalado un cambio brusco en la densidad en el borde meridional del cluster. Este cambio en la densidad es más probable causado por una colisión entre este grupo y una estructura menos masiva situado más a la derecha inferior.

 

En el Jansky Very Large Array de imágenes de este grupo, se observan siete fuentes gravitacionalmente lentes todas las fuentes puntuales o fuentes que son apenas más grandes que puntos. Esto hace que MACS J0717 el cluster con mayor número de fuentes de radio conocidas de lente. Dos de estas fuentes lente también se detectan en la imagen de Chandra. Los autores conocen sólo dos otras fuentes de rayos x lente detrás de un racimo de la galaxia.

 

Todas las fuentes de radio lente son galaxias situadas entre 7.8 y 10.400 millones años luz de la Tierra. El brillo de las galaxias en longitudes de onda de radio muestra que contienen estrellas formando a tasas elevadas. Sin la amplificación de la lente, algunas de estas fuentes de radio sería demasiado débil para detectar con las observaciones de radio típicas. Las dos fuentes de rayos x lente detectadas en las imágenes de Chandra son probablemente núcleos galácticos activos (AGN) en el centro de las galaxias. AGN son fuentes compactas y luminosas alimentadas por gas calentado a millones de grados, ya que cae hacia agujeros negros supermasivos. Estas dos fuentes de rayos x hubiera sido detectadas sin lentes pero hubiera sido dos o tres veces más débil.

 

Los arcos grandes de emisiones de radio en J0717 de MACS son muy diferentes de aquellos en MACS J0416 debido a ondas de choque resultantes de las múltiples colisiones que se producen en el objeto anterior. La emisión de rayos x en J0717 Mac tiene más grupos porque hay cuatro grupos que chocan violentamente.

 

Georgiana Ogrean, que estaba en el Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics mientras conduce el trabajo de investigación MACS J0416, está actualmente en la Universidad de Stanford. El documento que describe estos resultados fue publicado en el Astrophysical Journal del 20 de octubre de 2015 y está disponible en línea. La investigación sobre MACS J0717 fue conducida por Reinout van Weeren de la Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics y fue publicada en la edición de 01 de febrero de 2016 de Astrophysical Journal y está disponible en línea.

 

Marshall Space Flight Center de la NASA en Huntsville, Alabama, administra el programa Chandra para la dirección de misiones de ciencia de la NASA en Washington. El Observatorio Astrofísico Smithsonian en Cambridge, Massachusetts, controla las operaciones de la ciencia y el vuelo de Chandra.

 

Credit	X-ray: NASA/CXC/SAO/G.Ogrean et al.; Optical: NASA/STScI; Radio: NRAO/AUI/NSF
Release Date	March 10, 2016

 

Traducción: El Quelonio Volador