El supercúmulo oculto puede resolver el misterio de la Vía Láctea

Los astrónomos generalmente evitan la zona de evitación. Cuando una de ellas no hizo esto, descubrió una gigantesca estructura cósmica que podría explicar la velocidad demasiado alta de nuestra galaxia.

Imagen del Supercluster of Sails mirando desde la zona de evitación de la Vía Láctea

Mire el cielo nocturno desde un lugar con una buena vista, y verá una gruesa franja de la Vía Láctea que se extiende por todo el cielo. Pero estas estrellas y polvo, que describen el disco de nuestra galaxia, no son bienvenidos por los astrónomos que estudian las galaxias ubicadas más allá de la nuestra. Parece una gruesa franja de parabrisas brumoso, un borrón que hace que nuestro conocimiento del Universo sea incompleto. Los astrónomos lo llaman la zona de evitación .

Renée Kraan-Korteweg ha estado intentando a lo largo de su carrera descubrir qué hay detrás de esta zona. Por primera vez, encontró signos de algo sorprendente en el fondo, cuando en la década de 1980 encontró indicios de un grupo potencial de objetos visibles en las viejas placas fotográficas. Durante las siguientes décadas, los indicios de una estructura a gran escala continuaron fluyendo.

Este año, Kraan-Korteweg y sus colegas anunciaron que habían descubierto una enorme estructura espacial: un supercúmulo de miles y miles de galaxias. Este grupo se extiende por más de 300 millones de años luz y se extiende por encima y por debajo del plano galáctico, como un gigante escondido detrás de una linterna. Los astrónomos llaman a esto el Supercúmulo de vela , porque se encuentra aproximadamente en el sitio de la constelación de vela .


Rene Kraan-Korteweg, astrónomo de la Universidad de Ciudad del Cabo

Los que empujaron la Vía Láctea

La Vía Láctea, como todas las galaxias en el espacio, se está moviendo. Todo en el Universo se mueve constantemente debido a la expansión del Universo, pero desde la década de 1970, los astrónomos han sido conscientes de otro movimiento, llamado velocidad peculiar . Esta es una secuencia separada en la que estamos involucrados. El grupo local de galaxias , que incluye la Vía Láctea, Andrómeda y varias docenas de pequeños vecinos, se mueve a una velocidad de 600 km / s con respecto a la radiación residual del Big Bang.

En las últimas décadas, los astrónomos han calculado todo lo que podría atraer y empujar a un grupo local: cúmulos de galaxias cercanas, supercúmulos, paredes de cúmulos y vacíos cósmicos que tienen un efecto gravitacional en nuestro grupo que no puede ser descuidado.

El remolcador más grande es el supercúmulo Shapley , un monstruo que pesa 50 millones de millones de rayos solares, ubicado a 500 millones de años luz de la Tierra (y no muy lejos del supercúmulo de navegación en la esfera celeste). Es responsable del 25-50% de la velocidad peculiar del grupo local.


Imagen de la Vía Láctea desde el satélite Gaia , que muestra nubes oscuras de polvo que cubren la vista de las galaxias y el Universo ubicado detrás de ellas.

El movimiento restante no puede explicarse por estructuras ya descubiertas por los astrónomos. Por lo tanto, los astrónomos continúan mirando más allá del Universo, contando objetos ubicados más lejos que contribuyen a la atracción gravitacional general de la Vía Láctea. La atracción gravitacional disminuye al aumentar la distancia, pero este efecto es algo confuso debido al aumento en el tamaño de estas estructuras. "A medida que crecen más mapas", dice Mike Hudson , cosmólogo de la Universidad de Waterloo en Canadá, "los objetos cada vez más grandes que las personas encuentran en el borde de un espacio visible. Seguimos mirando cada vez más lejos, pero más allá de los límites de visibilidad hay montañas cada vez más grandes ”. Hasta ahora, los astrónomos solo han tenido en cuenta lo que es responsable de la velocidad de 450-500 km / s del movimiento del grupo local.

Sin embargo, los astrónomos aún no tamizaron la Zona de Evitación con el mismo cuidado. Y el descubrimiento del supercluster Parusov muestra que puede haber algo grande allí, justo fuera de nuestro acceso.

En febrero de 2014, Kraan-Korteweg y Michael Klaver , astrónomo de la Universidad del Cabo Occidental de Sudáfrica, se propusieron marcar el Supercúmulo de vela como parte de una observación que abarcó seis noches en el telescopio anglo-australiano en Australia. Kraan Korteweg sabía dónde estaban las acumulaciones más densas de gas y polvo en la zona de evasión. Apuntó a puntos individuales en los que tenían la mejor oportunidad de ver algo a través de esta zona. El objetivo era crear una "columna vertebral", como ella la llama, de una estructura. Claver, ya experimentado con esta herramienta, tuvo que leer las distancias a galaxias individuales.

Este proyecto les ayudó a concluir que el supercúmulo Sails realmente existe, y que ocupa el 20-25% del cielo. Pero todavía no saben lo que está sucediendo en su centro. "Vemos que las paredes cruzan la zona de evasión, pero no tenemos datos sobre el lugar donde se cruzan debido al polvo", dijo Kraan-Korteweg. ¿Cómo interactúan estos muros entre sí? ¿Han comenzado a fusionarse? ¿Hay un núcleo más denso oculto por el resplandor de la Vía Láctea?

Y, lo más importante, ¿cuál es la masa del supercluster Sails? Después de todo, es la masa la responsable de la atracción gravitacional y la apariencia de una estructura.

Cómo ver a través de la bruma

Aunque el polvo y las estrellas de la Zona bloquean la luz en los rangos óptico e infrarrojo, las ondas de radio pueden penetrar en esta área. Con esto en mente, Kraan-Korteweg desarrolló un plan para usar una baliza espacial para marcar todo más allá de las partes más densas de la Zona de Evitación.

El plan se basa en el hidrógeno, el gas más simple y más común en el universo. El hidrógeno atómico consiste en un solo protón y un electrón. Estas partículas tienen una propiedad cuántica como el espín, que se puede imaginar como una pequeña flecha unida a cada una de las partículas [pero es mejor imaginarlo como un momento angular / aprox. transl.]. Para las partículas constituyentes de hidrógeno, estos giros pueden apuntar en una dirección o en direcciones opuestas. A veces el giro cambia de dirección: un átomo paralelo se vuelve antiparalelo. Cuando esto sucede, el átomo emite un fotón de luz de cierta longitud de onda.


Una de las 64 antenas que componen el telescopio MeerKAT en Sudáfrica

La probabilidad de emitir una onda de radio de este tipo por un átomo es pequeña, pero si recolecta una gran cantidad de hidrógeno neutro, la probabilidad total aumentará. Afortunadamente para Kraan-Korteweg y sus colegas, muchas galaxias del cúmulo Sails tienen grandes reservas de dicho gas.

Durante las observaciones de 2014, ella y Claver vieron signos de que se encontraron estrellas jóvenes en muchas de las galaxias que encontraron. "Y si hay estrellas jóvenes, significa que se han formado recientemente, lo que significa que hay gas", dijo Kraan-Korteweg, ya que el gas es el material del que están hechas las estrellas.

La Vía Láctea también tiene su propio hidrógeno, otra neblina en primer plano que interfiere con las observaciones. Pero la expansión del Universo se puede usar para determinar la radiación de hidrógeno ubicada en el grupo de Velas. La extensión aleja las galaxias que se encuentran fuera del grupo local y desplaza las ondas de radio hacia la parte roja del espectro. "Estas líneas de emisión están separadas para que puedan contarse selectivamente", dice Thomas Jareth, un astrónomo de la Universidad de Ciudad del Cabo que participó en el equipo que descubrió el supercúmulo Sails.

Aunque el trabajo de Kraan-Korteweg durante toda su carrera ya ha detectado 5.000 galaxias en el supercúmulo, confía en que una observación suficientemente sensible en el rango de radio de este hidrógeno neutro puede triplicar esta cantidad y revelarnos las estructuras que se encuentran detrás de la parte más densa del disco de la Vía Láctea.

Aquí es donde el radiotelescopio MeerKAT entra en escena. Se encuentra al lado de la pequeña ciudad desierta de Carnarvon en Sudáfrica, y pronto se convertirá en el radiotelescopio más sensible de la Tierra. Su última antena número 64 se instaló en octubre, pero hasta ahora es necesario conectar y verificar varias antenas. La mitad del conjunto de 32 placas tendrá que ganar para fines de 2017, y estará en pleno funcionamiento a principios de 2018.

Este año, Kraan-Korteweg intentó obtener tiempo para observaciones utilizando esta media matriz, pero si su solicitud de 200 horas no está satisfecha, espera obtener 50 horas en la matriz completa. En ambos casos, la sensibilidad será la misma, exactamente la misma que se requiere para que él y sus colegas detecten señales de radio de hidrógeno neutro de miles de galaxias individuales ubicadas a cientos de años luz de nosotros. Armados con estos datos, podrán marcar la estructura completa del clúster.

Cuencas Cósmicas

Hélène Courtois, astrónoma de la Universidad de Lyon, adopta un enfoque diferente para marcar un supercúmulo. Ella dibuja mapas del universo que compara con las cuencas hidrográficas. En ciertas partes del cielo, las galaxias migran en la misma dirección, al igual que la lluvia en las cuencas fluye hacia un lago o arroyo. Él y sus colegas están buscando límites, en diferentes lados de los cuales la materia gravita en diferentes direcciones.


Helen Courtois, astrónoma de la Universidad de Lyon.

Hace unos años, Courtois y sus colegas utilizaron este método para tratar de definir nuestra estructura local a gran escala llamada Laniakea . Courtois explica la importancia de definir esta estructura diciendo que, aunque tenemos definiciones de la galaxia y los cúmulos galácticos, no existe una definición universalmente aceptada de las estructuras a gran escala del Universo, como los supercúmulos y las paredes.

El problema, en particular, es que para una determinación estadísticamente rigurosa simplemente no tenemos suficientes supercúmulos. Podemos enumerar solo aquellos que conocemos, pero los supercúmulos, como las estructuras prefabricadas que consisten en miles de galaxias, demuestran un número indefinido de variedades.

Courtois y sus colegas ahora están cambiando su atención aún más. "Las velas son bastante interesantes", dice Courtois. "Quiero medir la captación de gravedad, las fronteras, la frontera de Parusov". Ella usa sus propios datos para determinar los flujos que se mueven hacia y desde las Velas, de modo que se pueda estimar la cantidad de masa atraída por ellas. Al comparar estas líneas de corriente con el mapa Kraan-Korteweg que muestra las ubicaciones de los cúmulos físicos de galaxias, pueden estimar la densidad del supercúmulo de Parusov y su tamaño. "Estos dos métodos son completamente complementarios", agregó Courtois.

Estos dos astrónomos ahora están construyendo conjuntamente un mapa de las Velas. Al final, esperan poder usarlo para determinar la masa de las velas, que será la última pieza del rompecabezas del movimiento del grupo local: "este es un desajuste que nos ha perseguido durante 25 años", dice Kraan-Korteweg. E incluso si el supercúmulo no es responsable del movimiento restante, la recopilación de señales de lo que está detrás de la Zona de Evitación ayudará a comprender nuestro lugar en el Universo.