cúmulo de galaxias

History

Los astrónomos ya notaban los cúmulos al elaborar catálogos de nebulosas. En la década de 1930, Fritz Zwicky midió las velocidades de las galaxias en el cúmulo de Coma y descubrió que la masa visible no era suficiente para evitar que se dispersaran. Así surgió la hipótesis de la existencia de la materia oscura, una sustancia invisible.

How it works

Al igual que las gotas de agua en una nube se unen para formar gotas más grandes, las galaxias se atraen entre sí y forman cúmulos. La gravedad las mantiene juntas, pero la masa visible no es suficiente, por lo que se supone que existe una masa adicional invisible: la materia oscura.

History

Los astrónomos ya notaban los cúmulos al elaborar catálogos de nebulosas. En la década de 1930, Fritz Zwicky midió las velocidades de las galaxias en el cúmulo de Coma y descubrió que la masa visible no era suficiente para evitar que se dispersaran. Así surgió la hipótesis de la existencia de la materia oscura, una sustancia invisible.

How it works

Al igual que las gotas de agua en una nube se unen para formar gotas más grandes, las galaxias se atraen entre sí y forman cúmulos. La gravedad las mantiene juntas, pero la masa visible no es suficiente, por lo que se supone que existe una masa adicional invisible: la materia oscura.

History

El cúmulo de Coma fue catalogado por Charles Messier en 1781 como un objeto nebuloso. En 1933, Fritz Zwicky, aplicando el teorema del virial a la dispersión de velocidades de las galaxias de este cúmulo, demostró que la masa dinámica superaba con creces a la visible y propuso el término «materia oscura». En la década de 1970, los satélites de rayos X (Uhuru, Einstein) detectaron gas intergaláctico caliente, que se convirtió en una herramienta importante para estudiar los cúmulos. Para la década de 1980, quedó claro que la componente bariónica (estrellas y gas) era solo una fracción de la masa total, y que la materia oscura era dominante. Vera Rubin ya había confirmado la necesidad de materia oscura a escala galáctica.

How it works

El cúmulo se mantiene unido por la gravedad, descrita por la ley de gravitación universal de Newton y la teoría de la relatividad general de Einstein. La dispersión de velocidades de las galaxias (alrededor de 800 km/s) y la temperatura del gas caliente sirven como medida de la profundidad del potencial gravitatorio: la energía cinética de las partículas de gas, del orden de kT, es comparable a la potencial, kT ~ μ m_p σ², donde μ es la masa molecular media y m_p la masa del protón. El gas emite por radiación de frenado y líneas espectrales de iones altamente ionizados (por ejemplo, hierro Fe XXV–XXVI), lo que permite determinar la temperatura y la composición química. Las lentes gravitacionales de galaxias de fondo proporcionan un método independiente para cartografiar la distribución de masa. Las simulaciones cosmológicas (Illustris, Millennium) dentro del modelo de materia oscura fría (ΛCDM) reproducen la formación de cúmulos.

Open problems & fun facts

La naturaleza de la materia oscura; Física del medio intracúmulo: calentamiento y enfriamiento del gas, mecanismos de retroalimentación de los núcleos activos de galaxias; Determinación precisa de la masa y los perfiles de densidad de la materia oscura; Problema de los cúspides (cusp problem): discrepancia entre los perfiles de densidad central observados y simulados

💡 La masa de un cúmulo puede estimarse por la distorsión de las imágenes de galaxias lejanas —el efecto de lente gravitacional, como mirar a través de un cristal irregular.