Observaciones de múltiples longitudes de onda de SPT2215, acercándose gradualmente en el sentido de las agujas del reloj. Arriba a la izquierda: recorte de la imagen de radio ASKAP de 887 MHz que muestra la presencia de una fuente de radio/AGN con un flujo integrado de 2,0 ± 0,8 mJy a 0,8 GHz. El tamaño de la botavara ASKAP se muestra en gris. Arriba a la derecha: imagen de rayos X de Chandra a 0,5–7 keV que muestra una morfología ICM muy relajada y un perfil de brillo muy marcado en la superficie central. Inferior derecha: una imagen compuesta de dos carriles del grupo HST con vistas ampliadas del BCG central en los paneles inferior central (HST WFC3/F110W) e inferior izquierdo (HST WFC3/F200LP). La observación más azul de F200LP muestra la presencia de filamentos azules alargados que probablemente indican una fuerte formación de estrellas impulsada por el enfriamiento del ICM caliente. Préstamo: Revista de astrofísica (2023). DOI: 10.3847/1538-4357/acc6c2
Los astrónomos han descubierto el cúmulo de galaxias “relajado” más distante hasta la fecha: el cúmulo más lejano jamás observado que no se ve perturbado por colisiones violentas con otros cúmulos de galaxias. Este descubrimiento allana el camino para comprender cómo y cuándo se forman algunas de estas estructuras gigantes, y por qué el universo tiene el aspecto que tiene hoy.
Para encontrar este joven y distante cúmulo de galaxias, los equipos de científicos utilizaron datos del Observatorio de rayos X Chandra, el Telescopio Espacial Spitzer retirado, el Telescopio del Polo Sur de la Fundación Nacional de Ciencias/Departamento de Energía y el proyecto Dark Energy Survey en Chile. Presentaron los resultados en una serie de tres artículos.
Este cúmulo de galaxias, llamado SPT-CL J2215-3537 (SPT2215 para abreviar), está a unos 8.400 millones de años luz de la Tierra y es visible cuando el universo tiene solo 5.300 millones de años, en comparación con su edad actual de 13.800 millones de años. Esto significa que SPT2215 ha obtenido una ventaja en la formación en comparación con otros cúmulos de tamaño similar, y que ha estado “flotando” durante los últimos mil millones de años, lo que le permite relajarse. Los astrónomos estiman que el cúmulo tiene una masa de alrededor de 700 billones de masas solares.
Los cúmulos de galaxias son colecciones de decenas a cientos de galaxias con enormes cantidades de gas caliente y materia oscura que llenan el espacio entre las galaxias, todas unidas por la gravedad. Este gas, que tiene una temperatura de millones de grados y se irradia en rayos X, puede actuar como un indicador de lo que le está sucediendo al cúmulo.
Los cúmulos de galaxias crecen con el tiempo, fusionándose con otros cúmulos o grupos de galaxias, causando perturbaciones en el gas del cúmulo, como asimetrías o características nítidas. Sin embargo, si se le da suficiente tiempo para “relajarse” sin fusión, el gas puede adquirir una apariencia suave y tranquila.
“No hemos visto un cúmulo relajado de galaxias tan lejos como SPT2215 hasta ahora”, dijo Michael Calzadilla, del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), autor principal del último de los tres artículos que confirmaron que el cúmulo está relajado e informa otros propiedades clave del clúster.
En el centro de SPT2215 hay una gran galaxia que contiene un agujero negro gigante en su centro. El artículo de Calzadilla descubrió una gran cantidad de nuevas estrellas formándose en esta gran galaxia. La formación estelar en la galaxia central del cúmulo es impulsada por el enfriamiento del gas caliente a medida que el cúmulo se relaja.
La rapidez con que el gas se enfría y forma estrellas depende del comportamiento del agujero negro gigante en el centro del cúmulo. Si el agujero negro produce demasiados estallidos poderosos, la mayor parte del gas en el cúmulo no puede enfriarse lo suficiente como para formar una avalancha de nuevas estrellas. A diferencia de la mayoría de los cúmulos relajados observados con Chandra, el agujero negro gigante de SPT2215 no parece impedir dicho enfriamiento.
“Parece que el agujero negro en SPT2215 es lo suficientemente silencioso como para permitir que florezca la formación estelar”, dijo Michael McDonald, también del MIT, coautor de los tres artículos.
Otra característica clave de SPT2215 es el aislamiento de su galaxia central. No hay otras galaxias dentro de unos 600.000 años luz que sean tan brillantes o tan vastas. Esto significa que el cúmulo no ha experimentado una fusión con otro cúmulo durante aproximadamente los últimos mil millones de años, una prueba más de que SPT2215 está relajado.
Los científicos no estaban seguros de poder encontrar un cúmulo de galaxias que se relajó durante esta era del universo, ya que por lo general todavía pasan por el alboroto de fusionarse con otros cúmulos o grupos de galaxias a medida que crecen.
“El hecho de que este cúmulo sea tan masivo, tan temprano en el universo, sugiere una historia de formación rápida y realmente emocionante”, dijo Lindsey Bleem, del Laboratorio Nacional Lemont, Illinois Argonne del Departamento de Energía de EE. UU., cuyo equipo informó por primera vez haber visto el cúmulo. en 2020, en el primero de tres artículos. “Sin embargo, el hecho de que esté relajado sugiere lo contrario. Sería como encontrar una cocina ordenada justo después de la cena.
Estos resultados en SPT2215 encajan bien con los del Telescopio Espacial James Webb de la NASA, que mostró que las galaxias se forman a una edad muy temprana.
“Los cúmulos relajados como SPT2215 son una de las balizas que se han utilizado para medir la expansión del universo”, dijo Adam Mantz de la Universidad de Stanford, quien informó por primera vez el estado relajado de SPT2215 utilizando datos de Chandra en 2022, en un segundo artículo. . “Agregar objetos tan distantes a nuestra muestra de cúmulos relajados nos permite limitar mejor la aceleración de la expansión cósmica y las propiedades de la energía oscura que la impulsa”.
El artículo está publicado en Revista de astrofísica.
Proporcionado por el Centro de Rayos X Chandra