Un cúmulo de galaxias masivo verifica predicciones de una teoría cosmológica
17/1/2014 de Caltech
Observando una componente de alta velocidad de un cúmulo de galaxias masivo, científicos de Caltech/JPL y sus colaboradores han detectado por vez primera en un objeto individual el efecto Sunyaev-Zel’dovich cinético, un cambio en el fondo cósmico de microondas causado por su interacción con objetos masivos en movimiento.
MACS J0717.5+3745 es un cúmulo de galaxias extraordinariamente dinámico, con una masa total mayor de 1015 (mil billones) veces la masa del Sol, o más de 1000 veces la masa de nuestra propia galaxia. Parece contener tres subcúmulos relativamente estacionarios (A, C y D) y un subcúmulo (B) que está siendo arrastrado hacia el cúmulo de galaxias, desplazándose a una velocidad de 3000 kilómetros por segundo.
Aunque el comportamiento del subcúmulo B es espectacular, se ajusta bien a lo predicho por el modelo cosmológico estándar. Pero los detalles de las observaciones de MACS J0717.5+3745 a longitudes de onda diferentes resultaron desconcertantes hasta que fueron analizadas en términos de una teoría llamada el efecto cinético de Sunyaev-Zel’dovich (SZ).
En 1972, dos físicos rusos, Rashid Sunyaev y Yakov Zel’dovich, predijeron que deberíamos ser capaces de observar distorsiones en el fondo cósmico de microondas (CMB) – el resplandor del Big Bang – siempre que interacciona con una colección de electrones libres. Estos electrones libres están presentes en el medio intracúmulo, que está formado principalmente por gas. El gas en el interior de densos cúmulos de galaxias se calienta a una temperatura tan extrema, alrededor de 100 millones de grados, que ya no forma átomos. Según Sunyaevy Zel’dovich, los fotones del CMB deberían de ser dispersados por los electrones de alta energía del medio intracúmulo y adquirir energía en cantidades mensurables cuando atraviesan el cúmulo de galaxias.
Este fenómeno se conoce como el efecto SZ térmico, es bien conocido desde principios de los años 80, y no fue una sorpresa cuando MACS J0717.5+3745 mostró señales del efecto. Sin embargo, las observaciones más recientes han proporcionado datos de la presencia de un efecto SZ cinético. El efecto de SZ cinético, como el térmico, es producido por la interacción de electrones extremadamente calientes y energéticos en el gas del medio intracúmulo con los fotones del CMB. Sin embargo, en el efecto cinético, los fotones no sólo son afectados por el calor de los electrones, que les proporciona un movimiento aleatorio, no coordinado, sino por su movimiento coherente debido al desplazamiento del subcúmulo en el que se encuentran por el espacio. El tamaño del efecto es proporcional a la velocidad de los electrones, en este caso la velocidad del subcúmulo B.
