La luz difusa en cúmulos galácticos

Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC)
La luz difusa en cúmulos galácticos
Las galaxias no aparecen aisladas en el Universo, sino
que tienden a agruparse en grandes cúmulos. Uno de
ellos, el cúmulo de Virgo, contiene al menos 2.500
galaxias y es el más cercano a nosotros. De ahí que un
equipo internacional de científicos, del que forman
parte investigadores del IAC, lo estén utilizando como
laboratorio. Su objetivo: esclarecer el origen y la
naturaleza de la luz difusa intergaláctica. Para ello se
estudian nebulosas planetarias en esta región del
espacio, pues son estos objetos los que ayudan a
identificar la luz difusa de un modo más fiable. Sus
resultados preliminares han permitido confirmar la
hipótesis del «mecanismo de harassment» para el
origen de esta componente cumular: la luz difusa sería
parte del material que fue arrancado de las galaxias
como resultado de sus interacciones y depositado en el
medio intercumular, donde se ha ido diluyendo.
Encontrar respuestas sólidas a éstas y otras incógnitas,
con ayuda de grandes telescopios y detectores de alta
sensibilidad, supondrá avanzar en el estudio de la
dinámica de los cúmulos de galaxias y arrojar, quizá,
un poco de luz sobre la «materia oscura» del Universo.
José Alfonso
López Aguerri
(IAC)
IAC NOTICIAS, 1-2002. Pág. 11
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La Nebulosa del Esquimal, nebulosa planetaria descubierta por William Herschel en 1787. © Andrew Fruchter (STScI) et al.,
WFPC2, HST, NASA.
En 1951, Fritz Zwicky detectó un exceso de luz
entre las galaxias del cúmulo de Coma, la cual
se denominó «luz difusa» o «luz intergaláctica».
Ha pasado medio siglo y aunque durante todo
este tiempo se ha intentado entender su origen y
naturaleza no se ha llegado todavía a ningún
resultado concluyente. La importancia de este
tipo de estudio radica en que la luz difusa puede contener un registro fósil de la historia dinámica de los cúmulos de galaxias.
Las explicaciones que se han dado a la naturaleza de la luz difusa han sido varias: halos extensos de las galaxias cD de los cúmulos, cúmulos globulares arrancados de las galaxias o, simplemente, una defectuosa sustracción del fondo
de cielo o estrellas de campo presentes en las
imágenes astronómicas. La principal dificultad
técnica que los astrofísicos han encontrado en
este tipo de trabajos es el bajo brillo superficial
de esta componente cumular (28 mag/arcsec2 en
el filtro B), siendo tan solo un 1% más brillante
que el fondo del cielo. Las observaciones de esta
componente cumular requieren observatorios con
una excelente calidad del cielo nocturno y detectores de alta sensibilidad. La instrumentación
astrofísica ha alcanzado en nuestros días la sensibilidad necesaria para estudiar, por primera
vez, las propiedades de esta luz.
Nebulosas planetarias
En 1996, Magda Arnaboldi y colaboradores, estudiando las nebulosas planetarias de la ga-
«La luz difusa o intergaláctica puede contener un registro fósil de la
historia dinámica de los cúmulos de galaxias.»
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gran parte de la energía que nos llega de estos
laxia NGC 4406 en el cúmulo de Virgo, detectaron que tres de ellas tenían una velocidad de
objetos se encuentra en una determinada longitud de onda: la línea O[III] a λ 5007 Å. Esto
dispersión muy diferente a las velocidades de dispersión del resto de las
hace que este tipo de
objetos sean fácilmennebulosas planetarias
«El cúmulo de Virgo es el más cercano te detectables a granpertenecientes a la gaa nosotros y el laboratorio ideal para des distancias, incluso
laxia. Esto significaba
el estudio de las propiedades de la luz fuera de nuestra gaque
no
estaban
gravitacionalmente ligalaxia. La técnica de dedifusa mediante nebulosas
tección de estos objetos
das a ella y que se enplanetarias intercumulares.»
se basa en esta propiecontraban “volando libremente” en el espacio
dad; consiste en tomar
intercumular de Virgo. Es decir, formaban pardos imágenes en regiones alejadas de las grandes galaxias del cúmulo: una con un filtro estrete de la luz difusa. Esto abría un nuevo campo
cho centrado en la línea del O[III] y la otra con
en el estudio de la luz difusa, ya que estas nebuun filtro más ancho
losas
planetarias
intergalácticas podrían
que no contenga la emi«Las nebulosas planetarias tienen la
caracterizar dicha comsión de la línea de
propiedad de que su emisión es casi
O[III]. Aquellos objetos
ponente. Tras este
monocromática... Esto hace que este
que emitan en el filtro esdescubrimento fueron
trecho y no en el continuo
varios los grupos de
tipo de objetos sean fácilmente
serán candidatos a nebuastrofísicos que se landetectables a grandes distancias,
losas planetarias interzaron a la detección de
incluso fuera de nuestra galaxia.»
cumulares. Basándonos
nebulosas planetarias
en esta técnica y tenienintergalácticas en el cúdo en cuenta además la estructura de estos obmulo de Virgo. Este cúmulo es el más cercano a
jetos, nuestro grupo (integrado por científicos
nosotros, y el laboratorio ideal para el estudio
de España, Suiza, Italia y Australia) ha desade las propiedades de la luz difusa mediante
rrollado un método automático de detección de
nebulosas planetarias intercumulares.
este tipo de objetos en imágenes astronómicas
Las nebulosas planetarias tienen la propiedad
de gran campo. Este método lo hemos aplicado
de que su emisión es casi monocromática. Una
a dos imágenes del cúmulo de Virgo, tomadas
Nebulosas planetarias M2-2 (izquierda) y NGC 7027 (derecha), imágenes del Catálogo Morfológico del IAC de Nebulosas
Planetarias Galácticas del Hemisferio Norte. Autores: Arturo Manchado (IAC) et al.
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Grupo de galaxias del Quinteto de Stephan. Son galaxias en interacción. Las grandes colas de marea que se forman en
las interacciones galácticas son las que dan lugar a la luz difusa
© NASA y S. Gallagher (Penn State University), WFPC2, HST, NASA.
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desde el observatorio de La Silla (Chile), obteniendo alrededor de 150 nebulosas planetarias
intercumulares. Esto supone que, en los dos campos observados, el brillo superficial en el filtro
B de este tipo de objetos representa el 20-40%
del brillo superficial total asociado al cúmulo.
clusiones que se obtienen, particularmente sobre la luz difusa, son muy distintas y
contrastables observacionalmente. Esto hace que
los estudios de la luz difusa intercumular sean
de gran importancia para estudiar la dinámica
de los cúmulos de galaxias.
Geometría 3D del cúmulo de Virgo
En los años 80, David Merritt propuso un modelo de evolución de cúmulos, según el cual sus
características fundamentales quedan fijadas
Las nebulosas planetarias han sido usadas exdesde etapas muy tempranas de su evolución.
tensamente en Astronomía como indicadores de
Los efectos de marea producidos sobre las
distancias. Esto es debido a que su función de
galaxias por las interacciones entre ellas o con
luminosidad presenta un corte en magnitudes
el potencial cumular sólo son importantes en las
muy abrupto, es decir, no hay nebulosas
regiones centrales de los cúmulos. De esta forplanetarias más brillantes que una magnitud
ma, el tipo morfológico de las galaxias queda
característica, la cual se puede usar como indiprácticamente fijado desde el principio de la evocador de distancia. Uno de los campos que helución del cúmulo, con muy pocos cambios posmos observado se encuentra localizado a 1,5º al
teriores. Según este modelo, la luz intergaláctica
Norte de la galaxia M87 (esta galaxia es una de
consistiría en material arrancado de las galaxias
las brillantes del cúmulo de Virgo y se localiza
en la épocas tempranas de la evolución del cúmuy cerca del pozo de potencial del cúmulo). La
mulo. Esta componente estaría ahora relajada
magnitud de corte de la función de luminosidad
con el potencial
de las nebulosas
cumular y su displanetarias
«La nueva generación de telescopios de 10
tribución 2D sería
intercumulares dem (GTC) servirá para determinar con una
uniforme.
tectadas por nosomayor
precisión
las
características
de
la
tros en ese campo es
La otra teoría soluz disufa y poder así dar restricciones
0,85 magnitudes
bre evolución de
más brillante que la
observacionales a las teorías de evolución
galaxias en cúmude la función de ludinámica de cúmulos de galaxias.»
los fue formulada
minosidad de las
en 1996 por el grun e b u l o s a s
po de Ben Moore. En este modelo las interacciones
planetarias que pertenecen a M87. Variaciones
rápidas entre las galaxias y con el potencial cude metalicidad de las nebulosas planetarias puemular serían las que determinarían la morfoloden afectar a dicha magnitud, pero no tan
gía de las galaxias, incluso en épocas muy avansignificativamente. Esto significa que preferenzadas de la evolución del cúmulo. Este es el llatemente estamos observando los objetos que esmado mecanismo de harassment («hostigamientán más cercanos a nosotros localizados en el
to», en inglés). Debido a estas interacciones, parcampo de visión de nuestras imágenes, es decir,
te del material galáctico sería arrancado de las
los más brillantes. Estas nebulosas planetarias
galaxias y depositado en el medio intercumular
más brillantes se localizan en el borde frontal
en forma de grandes colas de marea, las cuales
del cúmulo más cercano a nosotros, estando un
se irían diluyendo dando lugar a la luz difusa.
18% (2,8 Mpc) más cerca que M87, lo cual deSi este mecanismo fuera el causante de la luz
muestra que el cúmulo de Virgo tiene una prointergaláctica, deberíamos encontrar que la disfundidad apreciable. Mediante este tipo de obtribución 2D de las nebulosas planetarias
servaciones estamos identiificando la geometría
intercumulares no sería compatible con una dis3D de la parte frontal del cúmulo de Virgo.
tribución uniforme.
Historia dinámica
Uno de los grandes retos de la Astronomía moderna es encontrar una teoría sobre la evolución de las galaxias y cúmulos de galaxias. Hasta ahora hay dos modelos sobre la dinámica de
los cúmulos de galaxias, los cuales suponen escenarios casi opuestos y, por lo tanto, las con-
Hemos estudiado la distribución 2D de las nebulosas planetarias detectadas en nuestros dos
campos de Virgo y hemos obtenido como resultado que su distribución no es uniforme. Esto
supone que el mecanismo de “harassment” sería
el más apropiado para explicar el origen de la
luz difusa.
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Imagen que muestra la parte central de Cúmulo de Virgo, alrededor de la galaxia M87 (en el centro). Las imágenes del grupo en
el que participa el IAC fueron tomadas en esta región.
Todos estos resultados obtenidos en el cúmulo
de Virgo indican que la luz difusa es una componente importante del cúmulo y que su origen
esta asociado con los mecanismos de
“harassment”. Muchas preguntas acerca de la
distribución y origen de esta componente siguen
aún sin respuesta, pero es la primera vez que
nos hemos acercado a dar una solución defini-
tiva a este problema abierto desde hace muchas
décadas. La nueva generación de telescopios de
10 m (GTC) servirá para determinar con una
mayor precisión las características de esta componente cumular y poder así dar límites
observacionales a las teorías de evolución dinámica de cúmulos de galaxias.
«La instrumentación astrofísica ha alcanzado en nuestros días
la sensibilidad necesaria para estudiar, por primera vez,
las propiedades de la luz difusa.»
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