A Fresh Perspective on an Extraordinary Cluster of Galaxies
Los cúmulos de galaxias a menudo se describen con superlativos. Después de todo, son grandes conglomerados de galaxias, gas caliente y materia oscura y representan las estructuras más grandes del Universo unidas por la gravedad.
Los cúmulos de galaxias tienden a ser deficientes para producir nuevas estrellas en sus centros. Por lo general, tienen una galaxia gigante en el medio que forma estrellas a un ritmo significativamente más lento que la mayoría de las galaxias, incluida nuestra Vía Láctea. La galaxia central contiene un agujero negro supermasivo aproximadamente mil veces más masivo que el del centro de nuestra galaxia. Sin calentamiento por explosiones de este agujero negro, las copiosas cantidades de gas caliente que se encuentran en la galaxia central deberían enfriarse, permitiendo que las estrellas se formen a gran velocidad. Se cree que el agujero negro central actúa como un termostato, evitando el enfriamiento rápido del gas caliente circundante e impidiendo la formación de estrellas.
Los nuevos datos brindan más detalles sobre cómo el cúmulo de galaxias SPT-CLJ2344-4243, apodado Phoenix Cluster por la constelación en la que se encuentra, desafía esta tendencia. El cúmulo ha batido varios récords en el pasado: en 2012 , los científicos anunciaron que el cúmulo de Phoenix presentaba la tasa más alta de formación de estrellas y gas caliente de enfriamiento jamás vista en el centro de un cúmulo de galaxias, y es el productor más poderoso de rayos X de todos los clústeres conocidos. La velocidad a la que se enfría el gas caliente en el centro del cúmulo es también la mayor jamás observada.
Nuevas observaciones de este cúmulo de galaxias en longitudes de onda de rayos X, ultravioleta y ópticas realizadas por el Observatorio de rayos X Chandra de la NASA, el Telescopio Espacial Hubble y el Telescopio Clay-Magellan ubicado en Chile, están ayudando a los astrónomos a comprender mejor este notable objeto. Los datos ópticos de Clay-Magellan revelan filamentos estrechos del centro del cúmulo donde se forman las estrellas. Estos hilos cósmicos masivos de gas y polvo, la mayoría de los cuales nunca se habían detectado antes, se extienden por 160.000 a 330.000 años luz. Esto es más largo que todo el ancho de la Vía Láctea, lo que los convierte en los filamentos más extensos jamás vistos en un cúmulo de galaxias.
Estos filamentos rodean grandes cavidades (regiones con emisiones de rayos X muy reducidas) en el gas caliente. Las cavidades de rayos X se pueden ver en esta imagen compuesta que muestra los datos de rayos X de Chandra en azul y los datos ópticos del Telescopio Espacial Hubble (rojo, verde y azul). Para la ubicación de estas "cavidades internas", pase el mouse sobre la imagen. Los astrónomos creen que las cavidades de rayos X fueron talladas en el gas circundante por poderosos chorros de partículas de alta energía que emanan de cerca de un agujero negro supermasivo en la galaxia central del cúmulo. A medida que la materia gira hacia un agujero negro, se libera una enorme cantidad de energía gravitacional. Las observaciones combinadas de radio y rayos X de agujeros negros supermasivos en otros cúmulos de galaxias han demostrado que una fracción significativa de esta energía se libera como chorros de explosiones que pueden durar millones de años.
Sin embargo, el agujero negro central en el cúmulo de Phoenix está sufriendo una especie de crisis de identidad, compartiendo propiedades tanto con "quásares", objetos muy brillantes alimentados por material que cae sobre un agujero negro supermasivo, y "radiogalaxias" que contienen chorros de partículas energéticas. que brillan en ondas de radio y también son alimentadas por agujeros negros gigantes. La mitad de la producción de energía de este agujero negro proviene de chorros que empujan mecánicamente el gas circundante (modo radio), y la otra mitad de la radiación óptica, UV y X que se origina en un disco de acreción (modo cuásar). Los astrónomos sugieren que el agujero negro puede estar en proceso de cambiar entre estos dos estados.
Las cavidades de rayos X ubicadas más lejos del centro del cúmulo, etiquetadas como "cavidades externas", proporcionan evidencia de fuertes estallidos del agujero negro central hace unos cien millones de años (descuidando el tiempo de viaje de la luz al cúmulo). Esto implica que el agujero negro pudo haber estado en modo de radio, con estallidos, hace unos cien millones de años, luego cambió a un modo de cuásar y luego volvió a cambiar a un modo de radio.
Se cree que puede haber ocurrido un enfriamiento rápido entre estos estallidos, lo que desencadenó la formación de estrellas en grupos y filamentos en toda la galaxia central a un ritmo de aproximadamente 610 masas solares por año. En comparación, solo un par de nuevas estrellas se forman cada año en nuestra galaxia, la Vía Láctea. Las propiedades extremas del sistema de cúmulos de Phoenix están proporcionando nuevos conocimientos sobre varios problemas astrofísicos, incluida la formación de estrellas, el crecimiento de galaxias y agujeros negros, y la coevolución de los agujeros negros y su entorno.
Un artículo que describe estos resultados, dirigido por Michael McDonald (Instituto de Tecnología de Massachusetts), ha sido aceptado para su publicación en The Astrophysical Journal y está disponible en línea . El Centro Marshall de Vuelos Espaciales de la NASA en Huntsville, Alabama, administra el programa Chandra para la Dirección de Misiones Científicas de la NASA en Washington. El Observatorio Astrofísico Smithsonian en Cambridge, Massachusetts, controla las operaciones científicas y de vuelo de Chandra.
Crédito de la imagen: rayos X: NASA / CXC / MIT / M. McDonald y col .; Óptico: NASA / STScI
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