Coma o Cabellera de Berenice: El Enmarañamiento Gravitacional de Mil Galaxias

¿Qué es el cúmulo de Coma y por qué es una estructura cósmica excepcional?

El cúmulo de Coma (o Cabellera de Berenice) es un cúmulo de galaxias esférico, muy denso en su centro, que contiene más de 1000 galaxias identificadas, situado a unos 300 millones de años luz. Es una de las mayores estructuras del Universo mantenidas unidas por la gravedad. Se distingue por dos características principales: contiene dos galaxias elípticas gigantes en su centro (probablemente resultado de fusiones pasadas) y enormes brazos de gas caliente a 100 millones de grados que emiten rayos X, cubriendo al menos medio millón de años luz. La masa visible representa solo una fracción de la masa total, atribuyéndose la mayor parte a la materia oscura (masa total ~10¹⁵ masas solares).

Cúmulos de Galaxias

Los cúmulos de galaxias son las estructuras más grandes observables de nuestro Universo. Están constituidos por cientos de galaxias, unidas por sus propias atracciones gravitacionales.

Entre las galaxias hay mucha materia, mucha más materia que dentro de las propias galaxias, esta materia está constituida por gas de diferentes temperaturas y granos de polvo. El gas caliente, cuya temperatura puede alcanzar los 100 millones de grados, forma un plasma, es decir, una sopa de materia donde los electrones están separados de los núcleos. En esta sopa de baja densidad, con 1000 partículas por metro cúbico, solo hay partículas cargadas, en otras palabras, iones y electrones separados. Este plasma es un fuerte emisor de rayos X.

Las observaciones de las velocidades de las galaxias y del gas intracluster muestran que la masa visible (estrellas, gas) no es suficiente para explicar las fuerzas gravitacionales observadas. La mayoría de la masa del cúmulo se atribuye, por lo tanto, a la materia oscura.

El Cúmulo de Coma

El Cúmulo de Coma es un cúmulo de galaxias. Es esférico, muy denso en su centro, y contiene más de 1000 galaxias identificadas. Se encuentra a 300 millones de años luz de distancia, junto con el Cúmulo de Virgo en la constelación de Virgo.

Estos enormes brazos de gas caliente que se ven en el cúmulo de galaxias Coma cubren al menos medio millón de años luz. Este campo de visión nos da una idea de cómo el Cúmulo de Coma ha crecido y sigue creciendo gracias a las fusiones de pequeños grupos de cúmulos de galaxias. Actualmente es una de las estructuras más grandes del Universo mantenidas juntas por la gravedad. Los datos ópticos de esta imagen compuesta muestran cientos de galaxias pertenecientes al Cúmulo de Coma.

Todas estas galaxias juntas representan poca masa en comparación con toda la estructura cósmica gaseosa. Contienen solo alrededor de una sexta parte de la masa de gas caliente. Además, en esta imagen procesada con los datos de Chandra, solo vemos las emisiones de rayos X más brillantes. En realidad, el gas caliente llena completamente el campo de visión.

Los investigadores creen que estos gigantescos brazos probablemente se formaron con el gas perdido por los cúmulos de galaxias en su movimiento. El gas fue arrancado por los "vientos" creados por el movimiento del cúmulo de galaxias. En la imagen ampliada, se puede ver a las galaxias arrastrando detrás de ellas una nube de gas caliente (en rosa).

Coma es un cúmulo de galaxias inusual, porque no contiene una, sino dos galaxias elípticas gigantes cerca de su centro. Estas dos galaxias elípticas gigantes son probablemente el resultado de la fusión en el pasado de pequeños grupos de galaxias. La mayoría de los modelos teóricos predicen que las fusiones entre grupos como los de Coma producen una fuerte turbulencia, como en la superficie del mar agitada por el paso de muchos barcos. La observación del Cúmulo de Coma muestra que estos largos brazos de gas caliente de forma lisa se encuentran en un entorno bastante tranquilo, incluso después de numerosas fusiones. Aunque la cantidad de turbulencia en un cúmulo de galaxias es difícil de estimar, los astrofísicos creen que los campos magnéticos a gran escala son probablemente responsables de la poca turbulencia presente en Coma.

La dinámica de las galaxias dentro del Cúmulo de Coma está dominada por la gravedad de la materia oscura. La velocidad de las galaxias puede alcanzar varios cientos de kilómetros por segundo, lo que indica una masa total del cúmulo de aproximadamente \(10^{15}\) masas solares.

Estos datos sobre el Cúmulo de Coma se obtuvieron después de más de seis días de tiempo de observación. Un artículo sobre las observaciones de Chandra fue publicado en la revista Science el 20 de septiembre de 2013. El autor principal del artículo es Jeremy Sanders, del Instituto Max Planck de Física Extraterrestre en Garching, Alemania.

FAQ: Todo sobre el cúmulo de galaxias Coma

¿Qué es un cúmulo de galaxias y qué tiene de especial el cúmulo de Coma?

Un cúmulo de galaxias es una estructura cósmica que contiene cientos de galaxias unidas por la gravedad. El cúmulo de Coma es especial porque es esférico y muy denso en su centro (más de 1000 galaxias identificadas). Contiene no una, sino dos galaxias elípticas gigantes cerca de su centro, resultado probable de fusiones pasadas de pequeños grupos. Además, está rodeado de enormes brazos de gas caliente (temperatura ~100 millones de grados) que emiten rayos X, que cubren al menos 500 000 años luz.

¿Cuál es el papel de la materia oscura en el cúmulo de Coma?

Las observaciones de las velocidades de las galaxias (varios cientos de km/s) y del gas intracumular muestran que la masa visible (estrellas, gas caliente) no es suficiente para explicar las fuerzas gravitacionales observadas. La masa visible de las galaxias representa solo aproximadamente una sexta parte de la masa del gas caliente. La mayor parte de la masa del cúmulo se atribuye por tanto a la materia oscura. La masa total del cúmulo de Coma se estima en unos 10¹⁵ masas solares, la mayor parte de la cual es invisible e interactúa solo a través de la gravedad.

¿Por qué el cúmulo de Coma es sorprendentemente poco turbulento a pesar de las fusiones?

La mayoría de los modelos teóricos predicen que las fusiones entre grupos de galaxias como los de Coma producen una fuerte turbulencia. Sin embargo, las observaciones del cúmulo de Coma muestran que sus largos brazos de gas caliente tienen una forma suave y se encuentran en un entorno bastante tranquilo, a pesar de numerosas fusiones pasadas. Los astrofísicos creen que los campos magnéticos a gran escala son probablemente los responsables de este bajo nivel de turbulencia, "alisando" los movimientos del plasma intracumular.