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El cúmulo de galaxias maduro más distante

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Astrónomos utilizaron una serie de telescopios desde la Tierra y el espacio para descubrir y medir la distancia del cúmulo de galaxias maduro más remoto encontrado hasta ahora. Debido a su distancia, este cúmulo es observado tal y como era cuando el Universo tenía menos de un cuarto de su edad. No obstante, su parecido con los cúmulos de galaxias maduros que se encuentran en el Universo actual es sorprendente.

Imagen del cúmulo CL J1449+0856, creada a partir de exposiciones de muy larga duración tomadas con el Very Large Telescope y el telescopio Subaru
El cúmulo CL J1449+0856. Crédito: ESO/R. Gobat y otros
"Hemos medido la distancia hasta el cúmulo de galaxias maduro más distante encontrado hasta ahora", dice el autor principal del estudio que utilizó observaciones realizadas con el VLT de ESO, Raphael Gobat (CEA, París). "Lo sorprendente es que cuando miramos de cerca este cúmulo de galaxias no parece joven;  muchas de estas galaxias se han asentado y no se asemejan a las típicas galaxias con formación estelar que se ven en el Universo primitivo".

Los cúmulos de galaxias son las estructuras más grandes en el Universo que se sostienen gracias a su propia gravedad. Los astrónomos suponen que estos cúmulos crecen a través del tiempo, de ahí que los cúmulos masivos sean tan raros en el Universo primordial. Sin bien se han podido observar cúmulos de galaxias incluso más lejanos que éste, parecen ser cúmulos jóvenes en proceso de formación y no sistemas maduros asentados.
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Telescopios de la NASA ayudan a identificar el cúmulo de galaxias más distante

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Imagen del cúmulo de galaxias masivo COSMOS-AzTEC3
El cúmulo COSMOS-AzTEC3. Crédito: Subaru/NASA/JPL-Caltech

Los astrónomos han descubierto una floreciente metrópolis galáctica, la más lejana conocida en los inicios del Universo. Esta antigua colección de galaxias, probablemente se convirtió un cúmulo similar a los más masivos vistos actualmente.

El cúmulo en desarrollo, conocido llamado COSMOS-AzTEC3, fue descubierto y caracterizado por telescopios de longitud de onda múltiple, incluyendo a los telescopios espaciales Spitzer, Chandra y Hubble, y los terrestres del Observatorio W.M. Keck y el Telescopio Subaru de Japón.
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Hubble proporciona el mapa más detallado de la materia oscura

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Utilizando el telescopio Hubble, los astrónomos han sido capaces de trazar el mapa de la invisible materia oscura en una lejana galaxia, lo que les permitió crear uno de los mapas más detallados y nítidos de la materia oscura en el Universo.

Imagen del Telescopio Espacial Hubble de la NASA que muestra la distribución de materia oscura en el centro del cúmulo gigante de galaxias Abell 1689, que contiene cerca de 1.000 galaxias y billones de estrellas
Buscar materia invisible e indeterminada es un trabajo difícil, pero los astrónomos han estado intentándolo durante más de una década. Este nuevo mapa también podría proporcionar pistas sobre otro misterio del Universo -la energía oscura- y el papel que jugó en los primeros años de formación del Universo.

Un equipo dirigido por Dan Coe en el Laboratorio de Propulsión a Chorro utilizó la Cámara Avanzada para Sondeos del Hubble para mirar en Abell 1689, localizado 2.200 millones de años-luz de distancia. La gravedad del cúmulo, que en su mayoría proviene de la materia oscura, actúa como una lupa cósmica, curvando y amplificando la luz de lejanas galaxias detrás de él.
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Descubiertas las primeras estructuras gigantes del Universo

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Los científicos dicen que los cúmulos gigantes de galaxias pueden ser utilizados para estudiar cómo la materia y energía oscuras influyeron en el crecimiento de las estructuras cósmicas.

Esta imagen óptica del cúmulo de galaxias recién descubierto pone de relieve el enrojecimiento de estas galaxias debido a su gran distancia
Los astrónomos que utilizan el Telescopio Polo Sur (SPT) informan que han descubierto el cúmulo de galaxias más masivo observado hasta ahora, a una distancia de 7 mil millones de años-luz. El cúmulo, designado SPT-CL J0546-5345, pesa alrededor de 800 billones de soles y cuenta con cientos de galaxias.

"Este cúmulo de galaxias gana el título de peso pesado. Es uno de los cúmulos más masivos que se han encontrado a esta distancia", dijo Mark Brodwin, del Centro Harvard-Smithsoniano para Astrofísica en Cambridge, Massachusetts.

El desplazamiento al rojo mide cómo la luz de un objeto distante se ha estirado por la expansión del Universo. Ubicado en el sur de la constelación Pictor (el pintor), el cúmulo tiene un corrimiento al rojo de z=1,07. Esto lo sitúa a una distancia de unos 7 mil millones de años-luz, cuando el Universo tenía la mitad de edad de la que tiene ahora y nuestro sistema solar no existía todavía.
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Más cerca de comprender la energía oscura

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Entender algo que no podemos ver ha sido un problema que los astrónomos ya han superado en el pasado. Ahora, un grupo de científicos cree que una nueva técnica hará frente al reto de ayudar a resolver uno de los mayores misterios de la cosmología actual: comprender la naturaleza de la energía oscura.

Imagen del cúmulo Abell 1689, en la que se aprecia como se 'doblan' las galaxias distantes debido a la materia oscura
El cúmulo Abell 1689, a unos 2,2 mil millones de años-luz
de distancia. La luz procedente de galaxias lejanas se 'dobla'
por la materia oscura concentrada en el cúmulo (en azul).
Utilizando el método de lente gravitatoria fuerte -cuando un cúmulo de galaxias masivo actúa como una lupa cósmica-, un equipo internacional de astrónomos ha sido capaz de estudiar la elusiva energía oscura por primera vez. El equipo informa que cuando se combina con las técnicas existentes, sus resultados mejoran de forma significativa las mediciones actuales de la masa y energía contenidas en el Universo.

Usando datos obtenidos por el Telescopio Espacial Hubble, así como de telescopios en tierra, el equipo analizó las imágenes de 34 galaxias extremadamente distantes situadas detrás de Abell 1689, uno de los cúmulos de galaxias más grandes y masivos conocidos en el Universo.
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Medición de energía oscura arroja nueva luz sobre la expansión del Universo

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A través de observaciones de los cúmulos masivos de galaxias, científicos han hecho la mayoría de las mediciones precisas hasta la fecha de los efectos de la energía oscura y gravedad a escalas cosmológicas. Este trabajo es un paso importante hacia la comprensión de por qué la expansión del Universo se está acelerando. Algo está impulsando a nuestro universo a alejarse, cada vez más rápido, con cada momento que pasa, y el trabajo futuro usando métodos similares debe determinar si ese algo es la energía oscura o un cambio en la forma de trabajar de la gravedad a escalas cosmológicas.

Imagen del cúmulo de galaxias Abell 2219
En esta imagen óptica y de rayos X del cúmulo de galaxias
Abell 2219, el brillo de rayos X de Chandra (en rosado) se
superpone sobre una imagen óptica de la distribución de
la luz de las estrellas y galaxias del cúmulo.
El análisis, contenido en cuatro artículos publicados este mes en la revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, fue dirigido por un equipo en el Instituto Kavli para Astrofísica de Partículas y Cosmología (Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology, KIPAC), ubicado conjuntamente en el Laboratorio Nacional del Acelerador SLAC del Departamento de Energía y la Universidad Stanford.

Los cúmulos de galaxias, los objetos más grande unidos gravitacionalmente en el Universo, comenzaron a formarse alrededor de 10 mil millones de años atrás. Debido a que toma mucho tiempo para que la luz de los más lejanos confines del Universo llegue a la Tierra, los cúmulos más distantes se ven como cuando eran mucho más jóvenes, mientras que los más cercanos se parecen más a sus edades reales. Al observar cúmulos cercanos y lejanos, los investigadores pudieron estudiar la evolución de estos y deducir cómo los cambios en el Universo durante miles de millones de años ayudaron a dar forma a su crecimiento. Los resultados ofrecen una mejor comprensión de las fuerzas que formaron el universo que vemos hoy.
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Antigua ciudad de galaxias parece sorprendentemente moderna

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Astrónomos pueden haber encontrado las galaxias más primitivas, pero de apariencia más moderna de la que su edad sugiere, algo así como excavar y encontrar modernos rascacielos en la antigua Roma.

Una colección sorprendente de las galaxias (puntos rojos
en el centro) se encuentra a una distancia muy grande en
esta imagen compuesta que combina observaciones en el
infrarrojo y luz visible.
Los astrónomos son como los arqueólogos que excavan en el espacio y el tiempo buscando remanentes de los inicios del Universo. En una reciente y profunda excavación, cortesía del Telescopio Espacial Spitzer de la NASA, los astrónomos desenterraron lo que puede ser el cúmulo de galaxias más lejano y primitivo jamás hallado.

En un giro, sin embargo, este aparente antepasado de las "grandes ciudades" actuales, parece sorprendentemente moderno. Conocido como CLG J02182-05102, el antiguo cúmulo de está dominado por viejas galaxias rojas y masivas, típico de los cúmulos actuales. Por ejemplo, es similar a una versión joven del Cúmulo Coma actual, que ha necesitado miles de millones de años para desarrollarse.

"Estamos viendo algo ya viejo y rojo, como una versión más joven del Cumulo Coma desde una lejana era ya pasada", dice Casey Papovich, autor principal del nuevo estudio y profesor asistente de física y astronomía en la Universidad Texas A&M en College Station.

Papovich agregó, "es como si realizáramos una excavación arqueológica en Roma y encontrásemos trozos de la Roma moderna entre las ruínas".

ClG J02182-05102 podría haber sido, en efecto, una adelantada a su tiempo. Al igual que Roma fue la mayor ciudad del mundo hace más de 2.000 años con una población de un millón de residentes -un cifra no igualada hasta principios del siglo XIX por Londres- esta agrupación galáctica fue también una civilización avanzada para una era tan temprana en el desarrollo del Universo.

Los cúmulos galácticos son las mayores estructuras ligadas gravitatoriamente en el Universo, y se cree que se han formado poco a poco a lo largo del tiempo cósmico. Por ahora, ClG J02182-05102 es la única agrupación galáctica conocida tan lejos en el pasado, y estudiarla ayudará a los investigadores a comprender la historia global de cómo se reúnen y evolucionan las galaxias.

En su búsqueda de antiguas y raras ciudades de los inicios del Universo, Papovich y su equipo empezaron con el mayor estudio extragaláctico jamás realizado. Conocido como Estudio Extragaláctico Infrarrojo de Gran Angular de Spitzer (Spitzer Wide-area InfraRed Extragalactic, SWIRE), se observó una enorme porción del cielo que podría contener 250 Lunas llenas.

Debido a que más luz recopilada significa más información, los investigadores observan una región cósmica dentro de este gigantesco paisaje estelar que también había sido estudiada por otros instrumentos. Estas observaciones adicionales proceden de un estudio de luz combinada del telescopio Subaru de Japón -alojado en la cima de Mauna Kea en Hawai- y el telescopio orbital de la Agencia Espacial Europea, XMM-Newton. El Telescopio Infrarrojo del Reino Unido, también en Hawai, proporcionó datos infrarrojos junto con otro conjunto de observaciones de Spitzer conocidas como el estudio Público del Cielo Ultra-Profundo (Public Ultra Deep Sky survey).

Cuando todos estos datos fueron recopilados, las observaciones infrarrojas de Spitzer hicieron que docenas de galaxias lejanas saltaran a la vista. "No habríamos encontrado estos objetos sin Spitzer debido a que hay muy poca luz óptica procedente de este grupo de galaxias", dijo Papovich.

Su equipo entonces obtuvo tiempo del telescopio Magallanes en Chile para estudiar la débil luz procedente de las galaxias menos tenues de ClG J02182-05102. Esta luz permitió a los astrónomos datar arqueológicamente el cúmulo candidato en hace 9.600 millones de años.

Con estas observaciones, Papovich y su equipo confirmaron que siete de las galaxias de ClG J02182-05102 tienen casi la misma distancia, sugiriendo que son parte de un grupo de unas 60 galaxias. Si esta asociación de galaxias la califica como un cúmulo gravitatorio ligado dependerá de futuras observaciones. Además, la definición de "cúmulo" en sí mismo sigue sin fijarse, algo así como la difusa definición entre pueblo y ciudad, haciendo que sea aún más difícil dada la limitada luz que llega a nuestros telescopios desde estas reliquias.

Por ahora, ClG J02182-05102 se mantiene como una región de galaxias muy densa, una metrópolis en una tierra de villas aisladas. En su región central moran monstruosas galaxias rojas que contienen aproximadamente 10 veces más estrellas que nuestra Vía Láctea. Esto las coloca a a la par que las galaxias más descomunales del universo cercano, que han crecido a través de repetidas fusiones con otras galaxias. Estas grandes galaxias son tan poco características del universo inicial que en cierto sentido es como encontrar modernos rascacielos en la antigua Roma.

El artículo de Papovich et al fue aceptado para su publicción en la revista Astrophysical Journal el 21 de abril de 2010. Un posterior estudio de Masayuki Tanaka del Instituto para Física y Matemáticas del Universo en Japón confirmó el descubrimiento, y el trabajo fue tema de un comunicado de prensa el 10 de mayo de 2010.

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Luz invisible revela el cúmulo de galaxias más distante

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El descubrimiento de este cúmulo de galaxias permitirá estudiar la evolución de otros cúmulos y aprender más sobre el origen del Universo.

Las flechas señalan las galaxias que se encuentran
aproximadamente a la misma distancia. El grupo emite
rayos X, emisión indicada por los contornos. Los círculos
muestran galaxias cuyas distancias se miden con exactitud
a partir de las observaciones en el infrarrojo cercano.
Cada vez somos capaces de ver más allá. Un equipo de astrónomos de Japón y Alemania ha descubierto el cúmulo de galaxias más distante del Universo (en la imagen de la izquierda), situado nada menos que a 9.600 millones de años-luz de la Tierra, y lo han conseguido tras detectar una luz invisible a nuestros ojos. El hallazgo ha sido publicado en la revista Astrophysical Journal Letters.

Masayuki Tanaka, del Instituto de Física y Matemáticas del Universo (IPMU), Alexis Finoguenov, del Instituto Max Planck de Física Extraterrestre, y Yoshihiro Ueda, de la Universidad de Kyoto, han roto un récord. Hasta ahora, el cúmulo más distante conocido se encontraba a 9.200 millones de años-luz, pero el que han logrado observar los investigadores lo supera en nada menos que 400 millones de años-luz.

Según explican los científicos, el Universo es una máquina del tiempo. Es decir, viajas atrás en el tiempo cuanto más te adentras en sus profundidades. Los astrónomos han utilizado este principio para buscar los grupos de galaxias más antiguos, pero la expansión del cosmos empuja a la galaxias distantes lejos de la Tierra a gran velocidad, de tal forma que desaparecen ante las longitudes de onda visibles y sólo es posible observarlas en longitudes de onda infrarrojas. Este cambio hace que la luz del Universo lejano sea invisible, lo que ha impedido el progreso en el estudio de esta materia durante mucho tiempo.

Tanaka y sus colaboradores descubrieron este cúmulo de galaxias en la constelación de Cetus (la ballena). La difícil observación fue realizada con un instrumento denominado MOIRCS (Multi-Object InfraRed Camera Spectrograph), situado en el telescopio Subaru en Hawai. Gracias al observatorio orbital de rayos X XMM-Newton, fueron capaces de detectar la luz que emiten las altísimas temperaturas de los cúmulos de galaxias y que no son visibles para el ojo humano.

Este cúmulo de galaxias es un laboratorio ideal para estudiar la evolución de otras formaciones semejantes y conocer más sobre el origen del Universo.

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Un cercano "punto caliente" da pistas sobre el crecimiento de los cúmulos de galaxias

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Astrónomos descubrieron la primera evidencia de que los cúmulos galácticos interactúan con la estructura a gran escala del Universo.

Mapas de la estructura a gran escala de las galaxias (morado)
y las distribuciones de la temperatura del gas dentro de la
agrupación (rosa). El color rosa brillante indica una
temperatura más alta.
En la mayor escala posible, el Universo se asemeja a una especie de red cósmica con huecos vacíos -enormes áreas sin materia parecidas a burbujas- y filamentos.

Los filamentos conectan las regiones llamadas cúmulos, que a su vez abarcan grupos de decenas o cientos de galaxias, así como materia oscura y el "medio intracumular": un gas supercaliente de iones cargados eléctricamente.

Ahora, investigadores japoneses y taiwaneses han utilizado una combinación de datos obtenidos desde el espacio y desde los telescopios terrestres para descubrir nuevos detalles sobre el crecimiento de los cúmulos de galaxias y cómo interactúan con la estructura a gran escala del Universo, tal como se publicó en la edición de mayo de The Astrophysical Journal.

El telescopio espacial Suzaku de la Agencia Espacial Japonesa JAXA ha captado la estructura detallada de un cúmulo llamado Abell 1689.

Los investigadores también usaron el Telescopio Espacial Hubble de la NASA y el telescopio de 8,2 metros Subaru en Hawai para medir cómo la materia oscura del cúmulo curva la luz que emana de las galaxias situadas detrás.

"Se sabía que los cúmulos de galaxias crecen a través de fusiones entre cúmulos", dijo el autor principal de la investigación, Madoka Kawaharada, de RIKEN (Instituto de Investigación de Física y Química) en Saitama, Japón.

Pero hasta ahora no se había encontrado ninguna interacción con la estructura a gran escala.

"Esta es la primera evidencia de que los cúmulos galácticos interactúan con la estructura a gran escala del Universo en la historia de su evolución", dijo Kawaharada a Cosmos.

Esta evidencia se produce en forma de observaciones de rayos X en los alrededores del medio intracumular, del plasma supercaliente que existe entre las galaxias que forman estos cúmulos.

En el borde del medio intracumular, los investigadores encontraron un "punto caliente": una región de plasma (gas ionizado), con una temperatura de alrededor de 60 millones de grados Celsius.

Extendiéndose hacia el exterior de este punto caliente como un delgado dedo, existe una estructura filamentosa formada por muchas galaxias.

"El medio intracumular es calentado por la onda expansiva producida por el gas frío del filamento que fluye dentro del cúmulo", dice Kawaharada.

Este punto caliente es una evidencia de que el cúmulo de galaxias está interactuando con la "estructura a gran escala", una instantánea de crecimiento del Universo en el tiempo, dice.

El astrofísico australiano Geraint Lewis de la Universidad de Sydney dice que el resultado "encaja muy bien en los modelos cosmológicos que tenemos del crecimiento de cúmulos".

"La estructura a gran escala es la representación actual del flujo de la materia durante la historia completa del Universo", explica.

Conocida como la "telaraña cósmica", esta perspectiva de la historia del Universo parte de cero (desde el Big Bang) con una compleja y vasta estructura que algunos astrónomos dicen que se parece a la espuma. "Es un buen resultado y confirma lo que esperabamos", dice Lewis.

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Un cúmulo y un mar de galaxias

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Una nueva imagen de campo amplio dada a conocer hoy por ESO, muestra varias miles de galaxias distantes y, en particular, un grupo enorme de ellas ubicadas en el masivo cúmulo de galaxias conocido como Abell 315.

Pese a lo densa que puede parecer, esta multitud de galaxias es sólo "la punta del iceberg", ya que el cúmulo de galaxias Abell 315, al igual que muchos otros cúmulos, está dominado por la presencia de materia oscura. La enorme masa de este cúmulo desvía la luz de las galaxias que hay detrás, distorsionando ligeramente sus formas observadas.

Cuando se observa el cielo a simple vista, generalmente sólo vemos las estrellas de nuestra galaxia, la Vía Láctea, y aquellas que se encuentran en galaxias muy vecinas. Las galaxias más lejanas simplemente son demasiado tenues para ser percibidas por el ojo humano, pero si pudiéramos verlas, literalmente cubrirían el cielo. Esta nueva imagen de campo amplio y larga exposición dada a conocer por ESO, revela miles de galaxias condensadas en un área del cielo casi tan grande como la Luna llena.

Estas galaxias abarcan un amplio rango de distancias desde nosotros. Algunas están relativamente cerca, por lo que es posible distinguir sus brazos espirales o halos elípticos, especialmente en la parte superior de la imagen. Las más distantes aparecen simplemente como manchas muy tenues, pues su luz ha viajado a través del Universo durante ocho mil millones de años o más antes de alcanzar la Tierra.

Comenzando en el centro de la imagen y extendiéndose hacia abajo y a la izquierda, una concentración de unas cien galaxias amarillentas corresponde a un masivo cúmulo de galaxias, designado con el número 315 en el catálogo compilado por el Astrónomo George Abell en 1958 (compuesto por alrededor de 4.000 cúmulos). El cúmulo está ubicado entre las tenues galaxias rojas y azules y la Tierra, a unos dos mil millones de años-luz de nosotros, en la constelación de Cetus (la Ballena).

Los cúmulos de galaxias son unas de las estructuras más grandes en el Universo y se mantienen unidos debido a la gravedad. Sin embargo, hay más en estas estructuras que las cientos de galaxias que podemos ver. Las galaxias constituyen sólo el 10% de la masa total de estos gigantes, mientras que el gas caliente entre las galaxias suma otro 10%. El 80% restante corresponde a un ingrediente invisible y totalmente desconocido que los científicos llaman materia oscura, que se encuentra entre las galaxias.

La presencia de materia oscura se revela a través de su efecto gravitacional: la enorme masa de un cúmulo de galaxias actúa como un cristal amplificador cósmico sobre la luz de las galaxias que se encuentran detrás, curvando la trayectoria de su luz y haciendo que luzcan levemente distorsionadas. Mediante la observación y el análisis de las formas torcidas de estas galaxias del fondo, los astrónomos pueden inferir la masa total del cúmulo responsable de la distorsión, aún cuando esta masa es en gran parte invisible. Sin embargo, este efecto es usualmente diminuto y es necesario medir un gran número de galaxias para obtener resultados significativos: en el caso de Abell 315, se estudiaron las formas de casi 10.000 galaxias tenues de esta imagen con el propósito de estimar la masa total del cúmulo, que suma más de cien billones de veces la masa de nuestro Sol.

Como complemento al enorme rango de distancias y tamaños cósmicos estudiados en esta imagen, un puñado de objetos mucho más cercanos a la Tierra y más pequeños que las galaxias y que los cúmulos de galaxias, se esparcen a través del campo: junto a varias estrellas pertenecientes a nuestra galaxia, se pueden apreciar numerosos asteroides visibles como marcas azules, verdes o rojas. Estos objetos pertenecen al cinturón principal de asteroides ubicado entre las órbitas de Marte y Júpiter, y sus dimensiones van desde varias decenas de kilómetros en el caso de los más brillantes, hasta sólo unos pocos kilómetros en el caso de los más tenues.

Esta imagen fue tomada con el Wide Field Imager del telescopio MPG/ESO de 2,2 metros de diámetro, ubicado en el Observatorio La Silla de ESO en Chile. Esta composición fue realizada a partir de varias exposiciones obtenidas con tres filtros de ancho de banda diferentes, para un total de casi una hora en el filtro B y cerca de una hora y media en los filtros V y R. El campo de visión es de 34x33 minutos de arco.

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Galaxia en el Cúmulo de Virgo

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La galaxia espiral barrada NGC 4731 se encuentra a unos 65 millones de años-luz de distancia.

El precioso universo-isla reside en el gran Cúmulo de Galaxias de Virgo.

Los colores en este bien compuesto retrato cósmico, destacan la abundancia de jóvenes y azulados cúmulos estelares a lo largo de los retorcidos brazos espirales de la galaxia.

Estos extensos brazos están distorsionados por la interacción gravitacional con un miembro compañero del Cúmulo de Virgo, la gigante elíptica NGC 4697 (ver imagen).

NGC 4697 se encuentra más allá del campo de la imagen, por encima a la derecha, pero se puede ver una galaxia irregular menor cerca del borde inferior, NGC 4731A, con sus propios cúmulos de estrellas jóvenes y azules.

Evidentemente, las coloridas estrellas puntiagudas en la escena están mucho más cerca, dentro de nuestra propia galaxia Vía Láctea.

NGC 4731 como tal tiene más de 100.000 años-luz de amplitud.

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La materia oscura se acumula en forma de cigarro

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La esquiva materia oscura alrededor de cúmulos de galaxias, a menudo se acumula en forma de cigarro, según muestran unas nuevas observaciones.

El descubrimiento podría ayudar a descubrir, por fin, a los científicos qué forma la materia oscura, que es el desconcertante material que se cree que existe invisiblemente a nuestro alrededor. La materia oscura, que podría ser cinco veces más abundante que la materia visible, sólo es detectable a través de su tirón gravitatorio sobre la materia normal.

De acuerdo con unas nuevas observaciones, la materia oscura alrededor de muchos cúmulos galácticos está aplanada en una forma similar a la de un cigarro, más que como una esfera redondeada.

"Hay claras predicciones teóricas que esperan que los halos de materia oscura sean aplanados como este", dice el coautor del estudio Graham P. Smith de la Universidad de Birmingham en el Reino Unido. "Es una maravillosa, muy clara y directa medida".

Smith y el equipo, liderado por Masamune Oguri del Observatorio Nacional Astronómico de Japón y Masahiro Takada de la Universidad de Tokyo, usaron la lente gravitatoria para observar los efectos gravitatorios de la materia oscura sobre grandes grupos de galaxias conocidos como cúmulos galácticos. La lente gravitatoria tiene lugar cuando la masa curva el espacio-tiempo, provocando que la luz viaje a lo largo de un camino curvo cuando pasa cerca. La cantidad de curvatura puede decir a los astrónomos cómo de masivos son los objetos celestes.

Para este estudio, los investigadores usaron la Cámara de Foco Principal sobre el Telescopio Subaru en Mauna Kea en Hawai para observar 20 cúmulos de galaxias. Aprovecharon las lentes gravitatorias para crear mapas de la distribución de masa alrededor de los cúmulos, logrando de este modo una visión en los secretos de la materia oscura.

"Lo que estamos estudiando con estas observaciones de lentes gravitatorias es que la distribución de la materia oscura predomina sobre la masa a estas grandes escalas", dijo Smith a Space.com.

El hecho de que la materia oscura parezca estar aplanada en formas alargadas encaja con la conocida como teoría de la materia oscura fría. Las simulaciones por ordenador basadas en esta teoría han predicho tales formas, pero nunca habían sido verificadas hasta tal punto, con cúmulos tan grandes.

Los hallazgos podrían arrojar luz sobre la naturaleza fundamental de esta extraña materia, que los científicos no pueden detectar directamente. Las observaciones apoyan la posibilidad de que la materia oscura esté en realidad hecha de diminutas partículas conocidas como WIMPS (partículas masivas de interacción débil) que ejercen una potente fuerza gravitatoria, pero que no interactúan con la materia normal en otros modos.

La investigación es detallada en la revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

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La teoría de Einstein rechaza a quienes la desafían

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Dos equipos diferentes han utilizado observaciones de Chandra de cúmulos de galaxias para estudiar las propiedades de la gravedad a escalas cósmicas y poner a prueba la Teoría de la Relatividad General. Tales estudios son cruciales para la comprensión de la evolución del Universo, tanto del pasado como del futuro, y para estudiar la naturaleza de la energía oscura, uno de los más grandes misterios científicos.

Imagen compuesta del cúmulo "Abell 3376".
Esta imagen compuesta del cúmulo de galaxias Abell 3376 muestra los datos de rayos-X del observatorio Chandra y del telescopio ROSAT en dorado, una imagen óptica del "Estudio Digitalizado del Cielo" (Digitized Sky Survey, DSS) en rojo, verde y azul, y una imagen en radio del VLA en azul. La apariencia alargada a modo de bala de los datos de rayos-X está causada por un proceso de fusión, a medida que el material fluye hacia la galaxia por la derecha. Los arcos de radio en el lado izquierdo de la imagen pueden ser causados por ondas de choque generadas por dicho proceso de fusión.

El crecimiento de los cúmulos de galaxias como Abell 3376 está influenciado por el coeficiente de expansión del Universo -controlado por los efectos contrapuestos de la materia oscura y la energía oscura- y por las propiedades de la gravedad a escalas cósmicas. En cambio, las observaciones de supernovas o de la distribución a gran escala de las galaxias, que determinan distancias cósmicas, dependen solamente del coeficiente de expansión del Universo y no de las propiedades de la gravedad a escalas cósmicas.

En el primero de los nuevos estudios de la gravedad, se probó una alternativa a la Relatividad General llamada "gravedad f(R)". En esta teoría, la aceleración de la expansión del Universo no proviene de una forma exótica de energía, sino de una modificación de la fuerza gravitatoria. Las estimaciones de la masa de los cúmulos de galaxias en el universo local fueron comparadas con las predicciones realizadas por la teoría f(R). Datos de estudios geométricos, como los trabajos con supernovas, también fueron usados. Usando estas comparaciones entre teoría y observaciones, no se encontró ninguna evidencia de que la gravedad es diferente de la Relatividad General a escalas mayores de 130 millones de años luz. Este límite mejora en 100 veces los límites del rango de la fuerza gravitatoria modificada sin usar datos de cúmulos de galaxias.

En el segundo estudio, se hizo una comparación entre observaciones de rayos-X del crecimiento de los cúmulos de galaxias en función del tiempo cósmico y las predicciones de la relatividad general. De nuevo, se incorporaron los datos de estudios geométricos como las distancias a supernovas y los cúmulos de galaxias. Se observó una concordancia casi perfecta entre las observaciones y la teoría, en contra de cualquier modelo de gravedad alternativa con una tasa de crecimiento diferente. En concreto, la teoría "DGP" (llamada así por sus creadores Gia Dvali, Gregory Gabadadze, y Massimo Porrati), predice una tasa de crecimiento de los cúmulos más lenta que la predicha por la Relatividad General, porque la gravedad se debilita a escalas cósmicas al introducir una dimensión extra. Como la gravedad f(R), el modelo DGP está diseñado para evitar la necesidad de una forma exótica de energía que provoque la aceleración cósmica.

Las observaciones de cúmulos de galaxias de Chandra han sido usadas anteriormente para demostrar que la energía oscura ha contenido el crecimiento de estas estructuras masivas durante los pasados 5.000 millones de años, y proporciona una evidencia independiente de la existencia de la energía oscura al ofrecer una forma diferente de medir distancias cósmicas.

El siguiente video es una simulación del crecimiento de las estructuras.



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El misterioso "flujo oscuro" cósmico en las profundidades del universo

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Los lejanos cúmulos de galaxias fluyen misteriosamente a millones de kilómetros por hora a través de un camino aproximadamente centrado en las constelaciones australes de Centaurus e Hydra. Un nuevo estudio rastrea este movimiento colectivo -conocido como "flujo oscuro"- hasta el doble de la distancia originalmente informada.

"Esto no es algo que tuviésemos previsto encontrar, pero no podemos hacer que desaparezca", dice Alexander Kashlinsky del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA (en Greenbelt, Maryland), quien ha liderado el estudio. "Ahora vemos que persiste a distancias mucho mayores, hasta 2.500 millones de años-luz de distancia". El nuevo estudio aparecerá en el ejemplar del 20 de marzo de la revista The Astrophysical Journal Letters.

Los cúmulos parece estar moviéndose a lo largo de una línea que se extiende desde nuestro Sistema Solar hacia Centaurus/Hydra, pero el sentido de este movimiento tiene menos certeza. Las pruebas indican que los cúmulos se dirigen hacia fuera a lo largo de este camino, alejándose de la Tierra, pero el equipo aún no puede descartar el flujo opuesto. "Detectamos movimiento a lo largo de este eje, pero ahora mismo nuestros datos no pueden afirmar tan sólidamente como nos gustaría si los cúmulos se aproximan o no", dice Kashlinsky.

El flujo oscuro es controvertido debido a que la distribución de materia en el Universo observado no puede tenerlo en cuenta. Su existencia sugiere que alguna estructura más allá del Universo visible -fuera de nuestro "horizonte"- está tirando de la materia existente en nuestra vecindad.

Los cosmólogos consideran al fondo de microondas -un destello de luz emitido unos 380.000 años después de la formación del Universo- como el marco de referencia cósmico final. En relación a él, todos los movimientos a gran escala no deberían tener una 'dirección preferida'.

El gas caliente emisor de rayos-X dentro de un cúmulo de galaxias dispersa fotones del fondo cósmico de microondas (en inglés Cosmic Microwave Background o CMB). Debido a que los cúmulos de galaxias no siguen con precisión la expansión del espacio, las longitudes de onda de los fotones dispersados cambian de una forma que refleja el movimiendo individual de cada cúmulo.

Esto da como resultado una diminuta variación de la temperatura del fondo de microondas en la dirección del cúmulo. El cambio, que los astrónomos llaman "efecto cinemático Sunyaev-Zel’dovich (KSZ)", es tan pequeño que nunca ha sido observado en un único cúmulo de galaxias.

Pero en 2000, Kashlinsky, trabajando junto a Fernando Atrio-Barandela de la Universidad de Salamanca en España, demostraron que era posible captar la sutil señal a partir de las medidas del ruido estudiando un gran número de cúmulos.

En 2008, armados con un catálogo de 700 cúmulos recopilados por Harald Ebeling de la Universidad de Hawai y Dale Kocevski, ahora en la Universidad de California en Santa Cruz, los investigadores aplicaron la técnica a una publicación de datos de tres años de WMAP. Aquí es cuando salió a la luz por primera vez este misterioso movimiento.

El nuevo estudio se basa en los anteriores, usando los resultados de cinco años de WMAP y duplicando el número de cúmulos galácticos.

"Se necesita, de media, una hora de tiempo de telescopio para medir la distancia a cada cúmulo con el que trabajamos, por no mencionar los años requeridos para encontrar esos sistemas", dice Ebeling. "Este es un proyecto que ha requerido mucho para llegar a su final".

De acuerdo con Atrio-Barandela, que se ha centrado en comprender los posibles errores en el análisis del equipo, el nuevo estudio proporciona una prueba mucho más sólida sobre que el flujo oscuro es real. Por ejemplo, los cúmulos más brillantes en las longitudes de onda de rayos-X tienen las cantidades más grandes de gas caliente para distorsionar los fotones del CMB. "Cuando se procesan, esos mismos cúmulos también muestran la señal KSZ más fuerte, improbable si el flujo oscuro fuese un mero error estadístico", comenta.

Además, el equipo que ahora incluye también a Alastair Edge de la Universidad de Durham en Inglaterra, ordenó el catálogo de cúmulos en cuatro 'porciones' representando distintos rangos de distancias. Entonces examinaron la dirección preferida del flujo para los cúmulos en el interior de cada porción. Aunque el tamaño y posición exactos de esta dirección muestra algo de variación, la tendencia global entre las porciones muestra una notable concordancia.

Los investigadores están trabajando actualmente para expandir su catálogo de cúmulos y rastrear el flujo oscuro al doble de distancia. Un modelo mejorado del gas caliente del interior de los cúmulos galácticos ayudará a refinar la velocidad, eje y dirección del movimiento.

Los planes futuros pasan por probar los hallazgos contra los nuevos datos publicados por el proyecto WMAP y la misión Planck de la Agencia Espacial Europea, que también cartografía actualmente el fondo de microondas.


Imagen: Los puntos de colores son los cúmulos dentro de uno de los cuatro rangos de distancia, con los colores rojos que indicando una mayor distancia. Elipses de color muestran la dirección del movimiento de los grupos del color correspondiente. También se muestran imágenes de los cúmulos de galaxias representativos en cada 'porción' de distancia.

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Una enana en el cúmulo Fornax

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En esta deslumbrante imagen se puede ver la galaxia NGC 1427A mientras 'viaja' a través del cúmulo de galaxias Fornax, al cual pertenece. NGC 1427A es un ejemplo de galaxia irregular enana, un tipo de galaxia que es significativamente menos brillante que las regulares y se caracteriza por su peculiar forma. En este caso, la forma de la galaxia ha sido forjada por su rápido movimiento hacia la derecha a través del cúmulo: con una velocidad de dos millones de kilómetros por hora en relación al cúmulo, NGC 1427A está siendo destrozada y eventualmente se desmoronará.

La interacción con el cúmulo Fornax ha llevado al nacimiento de muchas estrellas. En la imagen se aprecia una zona de estrellas jóvenes y brillantes que forman un 'boomerang' dentro de la galaxia. NGC 1427A muestra una sorprendente similitud con uno de nuestros vecinos galácticos, la Gran Nube de Magallanes, que ha experimentado episodios similares de formación estelar, gatillados por la interacción con la Vía Láctea.

Esta imagen ha sido obtenida usando el instrumento FORS instalado en uno de los telescopios de 8,2 metros del Very Large Telescope de ESO en Cerro Paranal, Chile. Combina datos obtenidos a través de cuatro filtros de banda ancha (U,B,V,I) y uno de banda corta (H-alfa).


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XMM-Newton rastrea materia oscura en grupos de débiles galaxias distantes

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Observaciones de grupos de galaxias débiles y distantes hechas con el observatorio XMM-Newton de la Agencia Espacial Europea se usaron para examinar la evolución de la materia oscura.


La materia oscura es un misterioso e invisible constituyente del Universo, la cual sólo se revela a través de su influencia gravitacional. Entender su naturaleza es una de las cuestiones clave en la cosmología moderna. En una de las formas de abordar esta cuestión, los astrónomos usan la relación entre la masa y la luminosidad que se encontró para los cúmulos de galaxias, la cual relaciona sus emisiones en rayos X, una indicación sólo de la masa de la materia ordinaria (bariónica), y sus masas totales (bariónica más materia oscura) determinada por lentes gravitacionales.

Hasta ahora, la relación sólo había podido ser establecida para cúmulos cercanos. Un nuevo trabajo de una colaboración internacional, incluyendo el Instituto Max Planck para Física Extraterrestre (MPE), el Laboratorio de Astrofísica de Marsella (LAM), y el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab), ha conseguido un gran avance al extender la relación a estructuras más distantes y pequeñas que lo previamente posible.

Para establecer la relación entre la emisión en rayos X y la materia oscura subyacente, el equipo usó una de las más grandes muestras de grupos y cúmulos de galaxias seleccionadas en rayos X, producida por el observatorio de rayos X XMM-Newton, de la Agencia Espacial Europea, ESA.

Los grupos y cúmulos de galaxias pueden ser encontrados efectivamente usando su emisión en rayos X extendida en escalas por debajo del minuto de arco. Como resultado de su gran área efectiva, XMM-Newton es el único telescopio de rayos X que puede detectar el débil nivel de emisión de grupos y cúmulos de galaxias distantes.

"La habilidad de XMM-Newton para proveer grandes catálogos de grupos de galaxias en campos profundos es asombrosa", dijo Alexis Finoguenov del MPE y de la Universidad de Maryland, coautor del artículo del The Astrophysical Journal.

Aunque los rayos X son la mejor manera de encontrar y caracterizar cúmulos, la mayoría de los estudios de seguimiento han sido hasta ahora limitados a grupos y cúmulos de galaxias relativamente cercanos.

"Dados los catálogos sin precedentes provistos por XMM-Newton, hemos sido capaces de extender las mediciones de masa a estructuras mucho menores, las cuales existieron en la historia más temprana del Universo", dice Alexie Leauthaud de la División de Física del Berkeley Lab, primer autor del estudio.

La masa como una lente

Las lentes gravitacionales ocurren debido a que la masa curva el espacio alrededor de ella, combando el camino a lo largo del cual viajan los rayos de luz: cuanto más masa (y cuanto más cerca ésta de su centro de masa), el espacio más se comba, y la imagen de un objeto distante está más desplazada y distorsionada. Así, la medición de la distorsión es la clave para medir la masa del objeto aumentado por el efecto de la lente.

En el caso de una lente gravitacional débil (como la usada en este estudio) la distorsión es demasiado delicada para ser vista directamente, pero pueden ser calculadas estadísticamente las débiles distorsiones adicionales en una acumulación de galaxias distantes, y así puede calcularse la distorsión promedio debida a la lente de algún objeto masivo frente a ellas. No obstante, para calcular la masa de la lente, a partir de la distorsión promedio, se necesita conocer su centro.

"El problema con los cúmulos de alto corrimiento hacia el rojo (o sea, muy distantes) es que es difícil detectar exactamente qué galaxia se sitúa en el centro del cúmulo", dice Leauthaud. "Ahí es donde nos ayudan los rayos X. La luminosidad en rayos X de un cúmulo de galaxias puede ser usada para encontrar su centro con gran precisión".

Conociendo los centros de masa a partir del análisis de la emisión en rayos X, Leauthaud y sus colegas pudieron usar luego las lentes débiles para estimar la masa total de los grupos y cúmulos distantes con mucha mayor aproximación que lo que antes se podía.

El paso final fue determinar la luminosidad ne rayos X de cada cúmulo de galaxias y graficarla en relación a la masa determinada de la lente débil, resultando la relación masa-luminosidad para la nueva acumulación de grupos y cúmulos extendiendo los estudios previos a masas más bajas y corrimientos hacia el rojo más altos. Dentro de una incertidumbre calculable, la relación tiene la misma pendiente para las galaxias cercanas que para las distantes; un simple y consistente factor de ajuste relaciona la masa total (bariónica más oscura) de un grupo o cúmulo con su brillo en rayos X, esto último midiendo sólo la masa bariónica.

"Confirmando la relación masa-luminosidad y extendiéndola a altos corrimientos al rojo, hemos dado un pequeño paso en la dirección correcta hacia el uso de una lente débil como una poderosa herramienta para medir la evolución de la estructura", dice Jean-Paul Kneib, de LAM y del Centro Nacional para la Investigación Científica de Francia (CNRS), coautor del artículo.

En el comienzo

El origen de las galaxias puede ser trazado por las pequeñas diferencias en la densidad del caliente y temprano Universo; rastros de estas diferencias pueden aún ser vistos como minúsculas diferencias de temperatura en el fondo cósmico en microondas (CMB).


"Las variaciones que observamos en el antiguo cielo de microondas representa la huella que se desarrolló en el tiempo dentro del andamiaje de materia oscura cósmica para las galaxias que vemos ahora”, dice George Smoot, director del Centro Berkeley para la Física Cosmológica (BCCO), profesor de física en la Universidad de California, en Berkeley, y miembro de la División de Física del Berkeley Lab. Smoot compartió el Premio Nobel de Física de 2006 por la medición de anisotropías en el CMB y es uno de los autores del artículo. "Genera mucho entusiasmo el que podamos medir realmente con lentes gravitacionales cómo ha colapsado la materia oscura y cómo evolucionó desde el comienzo".

Una meta en el estudio de la evolución de la estructura es entender la materia oscura en sí y cómo interactúa con la materia ordinaria que podemos ver. Otra meta es entender más acerca de la energía oscura, el misterioso fenómeno que está separando la materia y causa que el Universo se expanda en forma acelerada. Muchas cuestiones quedan sin responder: ¿ la energía oscura es constante o es dinámica? ¿O es meramente una ilusión causada por una limitación en la Teoría de la Relatividad General de Einstein?

Las herramientas provistas por la relación masa-luminosidad extendida servirán para responder estas cuestiones acerca de los roles opuestos de la gravedad y la energía oscura en la organización del Universo, ahora y en el futuro.

Imágenes
Superior: emisión de rayos X en el campo del cosmos.
Inferior: emisión de rayos X en un cúmulo de galaxias.
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Suzaku espía el tesoro oculto de metal intergaláctico

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Cada cocinero conoce los ingredientes para hacer el pan: harina, agua, levadura y tiempo. ¿Pero cuáles elementos químicos están en la receta de nuestro Universo?


La mayor parte de los ingredientes son hidrógeno y helio. Estos ligeros pesos cósmicos ocupan los dos primeros lugares de la famosa tabla periódica de los elementos.

Menos abundantes, pero más familiares para nosotros son los elementos más pesados, es decir, todos los de la tabla periódica que están después del hidrógeno y el helio. Estos componentes básicos, como el hierro y otros metales, pueden ser encontrados en muchos objetos en nuestra vida diaria, desde ositos de felpa a teteras.

Recientemente los astrónomos usaron el observatorio orbital de rayos X Suzaku, manejado conjuntamente por la NASA y la Agencia Espacial Japonesa, para descubrir el yacimiento conocido más grande de metales raros en el Universo.

Suzaku descubrió los elementos cromo y manganeso mientras observaba la región central del Cúmulo de galaxias de Perseo. Los átomos metálicos son parte del gas caliente, o medio intergaláctico, que se encuentra entre las galaxias.

"Esta es la primera detección de cromo y manganeso a partir de un cúmulo", dice Takayuki Tamura, un astrofísico en la Agencia Japonesa de Exploración Aeroespacial (JAXA) que dirigió el estudio de Perseo. "Antes, estos metales habían sido descubiertos sólo en estrellas de la Vía Láctea o de otras galaxias. Esta es la primera detección en el espacio intergaláctico".

El gas del cúmulo es extremadamente caliente, por esto emite energía en forma de rayos X. Los instrumentos de Suzaku dividen la energía de rayo X en las longitudes de onda que la componen, o el espectro. El espectro es una 'huella digital química' de los tipos y cantidades de elementos diferentes en el gas.

La parte del cúmulo que cabe dentro del campo visual de Suzaku es de aproximadamente 1,4 millones de años luz, o aproximadamente una quinta parte del ancho total de este conjunto de galaxias. Esta fracción del cúmulo contiene una cantidad asombrosa de átomos metálicos. La masa de cromo es 30 millones de veces la masa del Sol, o 10 billones de veces la masa de la Tierra. El depósito de manganeso es aproximadamente 8 millones de masas solares.

La explosión de estrellas, o supernovas, forjan los elementos pesados. Las supernovas también crean enormes flujos de salida, llamados supervientos. Estas ráfagas galácticas transportan elementos pesados en el vacío intergaláctico.

La recolección de la riqueza del Cúmulo de Perseo no es posible. Pero la investigación extraerá los datos de rayos X de Suzaku para conocimientos científicos.

"Al medir la abundancia metálica, podemos entender la historia química de las estrellas de las galaxias, como los números y los tipos de estrellas que se formaron y explotaron en el pasado", dice Tamura.

El estudio de los datos de Suzaku muestran que esto necesitó aproximadamente 3 mil millones de supernovas para producir las cantidades medidas de cromo y manganeso. Y durante períodos de hasta unos mil millones de años, los supervientos llevaron los metales fuera de las galaxias del cúmulo y los depositaron en el espacio intergaláctico.

Una historia completa del Universo debería incluir un entendimiento de cómo, cuándo, y dónde los elementos pesados se han formado, los elementos químicos esenciales para la vida misma. El estudio de Suzaku contribuye a un mayor esfuerzo en curso para hacer un censo químico del cosmos. "Esto es una parte del aprendizaje de toda la historia de formación de elementos químicos en el Universo", dice Koji Mukai, que encabeza el programa Suzaku Guest Observer en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt.

Con más de 10.000 cúmulos de galaxias conocidos, los astrónomos apenas acaban de comenzar su trabajo. "El resultado actual de Suzaku no puede contestar estas grandes preguntas inmediatamente", dice Tamura, "pero este es uno de los primeros pasos para comprender la historia química del Universo".
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Develando el 'esqueleto' del Universo

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Astrónomos han localizado un gigantesco y desconocido conjunto de galaxias ubicado a casi siete mil millones de años-luz de distancia de la Tierra. El descubrimiento, hecho posible al combinar dos de los telescopios terrestres más potentes del mundo, es la primera observación de tan importante estructura de galaxias en el Universo distante, permitiendo una mejor comprensión de la "red cósmica" y de cómo ésta se formó.


"La materia no está distribuida uniformemente en el Universo", dice Masayuki Tanaka de ESO, quien dirigió el nuevo estudio. "En nuestro vecindario cósmico, las estrellas se forman en las galaxias y éstas, a su vez, generalmente forman grupos y cúmulos de galaxias. Las teorías cosmológicas más aceptadas predicen que la materia también se aglutina a mayor escala en la llamada 'red cósmica', en la cual las galaxias, anidadas en filamentos que se extienden entre vacíos, crean una estructura gigantesca y dispersa".

Estos filamentos tienen millones de años-luz de longitud y constituyen el esqueleto del Universo; las galaxias se reúnen en torno a ellos y en sus intersecciones se forman inmensos cúmulos de galaxias, merodeando cual arañas gigantes esperando más materia para digerir. Los científicos se están esforzando para determinar cómo se aglutinan. A pesar de que las masivas estructuras filamentarias han sido observadas con frecuencia a distancias relativamente cortas de la Tierra, ha faltado hasta ahora una prueba sólida de su existencia en el Universo más distante.

El equipo dirigido por Tanaka descubrió, en imágenes anteriormente obtenidas, una gran estructura alrededor de un distante cúmulo de galaxias. Ahora usaron dos grandes telescopios terrestres para estudiar esta estructura con mayor detalle, midiendo las distancias de todas las galaxias y, por lo tanto, obteniendo una vista tridimensional de la estructura. Las observaciones espectroscópicas fueron realizadas empleando el instrumento VIMOS en el Very Large Telescope de ESO y FOCAS en el Telescopio Subaru, operado por el Observatorio Astronómico Nacional de Japón.

Gracias a éstas y otras observaciones, los astrónomos fueron capaces de hacer un real estudio demográfico de esta estructura, y han identificado varios grupos de galaxias que rodean el cúmulo principal. Pudieron distinguir decenas de tales agrupaciones, cada una diez veces más masiva que nuestra propia galaxia Vía Láctea -y algunas unas mil veces más masivas- y estiman que la masa del cúmulo asciende a al menos diez mil veces la masa de la Vía Láctea. Algunos de los grupos están experimentando el fatal tirón gravitacional del cúmulo y eventualmente 'caerán' dentro de él.

"Esta es la primera vez que hemos observado una estructura tan rica y prominente en el Universo distante", dice Tanaka. "Ahora podemos movernos desde la demografía a la sociología y estudiar cómo las propiedades de las galaxias dependen de su entorno, en un tiempo en que el Universo tenía sólo dos tercios de su edad actual".

El filamento está ubicado a unos 6.700 millones de años-luz de distancia de la Tierra y se extiende por al menos 60 millones de años-luz. La estructura recién descubierta probablemente se extiende aún más lejos, más allá del campo investigado por el equipo, y de ahí que ya han sido planificadas futuras observaciones a fin de obtener una medida definitiva de su tamaño.

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El cúmulo de galaxias más lejano nunca antes visto

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El cúmulo de galaxias más distante de la Tierra ha sido descubierto recientemente a raíz de la combinación de datos del Rayo X Chandra de la NASA y de telescopios ópticos y de infrarrojos. El cúmulo se localiza a unos 10.200 millones de años luz y se observa tal y como era cuando el Universo tenía tan sólo una cuarta parte de su edad presente.


Este cúmulo, conocido como JKCS041, supera al poseedor del récord anterior, que se situa a unos 10.000 millones de años luz. Los cúmulos de galaxias son las super-estructuras gravitacionales cósmicas más grandes del Universo. El haber encontrado una estructura de estas dimensiones en una época tan temprana puede revelar información sobre cómo evolucionó el Universo en una etapa crucial.

JKCS041 ha sido encontrado en un momento en el que los científicos creen que los cúmulos de galaxias pueden existir en el Universo reciente basándose en cuánto tiempo requeriría su agrupación. Por lo que, estudiando sus características (tales como la composición, la masa y la temperatura), se descubrirá más sobre cómo el Universo tomó forma.

"Este objeto está cerca de la distancia límite esperada para un cúmulo de galaxias" dijo Stefano Andreon, miembro del Instituto Nacional de Astrofísica (INAF en sus siglas en inglés) en Milán, Italia. "No creemos que la gravedad trabaje suficientemente rápido para hacer antes cúmulos de galaxias".

Los cúmulos de galaxias distantes normalmente son detectados primero con observaciones ópticas e infrarrojas, que desvelan las galaxias que los componen dominados por antiguas estrellas rojas. JKCS041 fue detectado originalmente en 2006 en un estudio del Telescopio de Infrarrojos del Reino Unido (UKIRT). La distancia del cúmulo fue determinada entonces a raíz de estas observaciones, de las del Telescopio de Canadá, Francia y Hawaii y el Telescopio Spitzer Space de la NASA.

Los datos del Chandra fue la última (pero crucial) evidencia al mostrar que el JKCS041 era, en efecto, un auténtico cúmulo de galaxias. La emisión extendida de Rayos X observada por Chandra muestra que había sido detectado gas caliente entre las galaxias, como se espera de un cúmulo de galaxias real, en vez de uno que es contemplado durante su formación.

Además, sin estas observaciones, se habría mantenido la posibilidad de que esta estructura hubiera podido ser una combinación de distintos grupos de galaxias a lo largo del campo visual, o un filamento, una larga serie de galaxias y gas, vista desde el frente. La masa y temperatura del gas caliente detectado, calculado por las observaciones del Chandra respondía a cualquiera de las dos alternativas.

"Este descubrimiento es emocionante porque es cómo encontrar un fosil del Tyrannosaurus Rex que es anterior a cualquier otro ya conocido", dijo Ben Maughan, co-autor de la Universidad de Bristol en el Reino Unido. "Un fósil puede simplemente encajar en nuestra interpretación sobre los dinosaurios, pero si encuentras muchos más, tendrías que empezar a replantearte cómo evolucionaron los dinosaurios. Lo mismo sucede con los cúmulos de galaxias y nuestra concepción de la cosmología".

El antiguo récord de distancia de un cúmulo de galaxias era de 9.200 millones de años luz: XMMXCS J2215.9-1738, descubierto por el XMM-Newton de la Agencia Espacial Europea (ESA) en 2006. Éste había superado el récord de distancia anterior sólo en 100 millones de años luz, mientras que el JKCS041 lo sobrepasa diez veces.

"Lo emocionante de este descubrimiento es la astrofísica que podrá ser desarrollada con los estudios detallados de seguimiento", dijo Andreon. A lo que Andreon se refiere es a las preguntas que los científicos esperan contestar después de estudiar JKCS041: ¿Cómo es la formación de elementos (cómo el acero) en un objeto tan joven? ¿Significa esto que el cúmulo sigue formándose?
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