Una creencia común entre los astrónomos es que los grupos y cúmulos de galaxias difieren principalmente en el número de galaxias que contienen:hay menos galaxias en grupos y más en cúmulos. Dirigidos por Maret Einasto, los astrónomos del Observatorio Tartu de la Universidad de Tartu decidieron investigar esto y descubrieron aún más diferencias entre grupos y cúmulos.

La estructura del universo puede describirse como una red gigante, una red cósmica, con cadenas (filamentos) de galaxias individuales y pequeños grupos de galaxias que conectan ricos grupos y cúmulos de galaxias que pueden contener miles de galaxias. Entre los sistemas de galaxias, hay vacíos gigantes sin casi materia visible (galaxias y gas). Los grupos y cúmulos de galaxias pueden, a su vez, formar sistemas aún más grandes llamados supercúmulos.

En su estudio, los astrónomos de Tartu utilizaron datos sobre grupos de galaxias, sus galaxias más brillantes (las llamadas galaxias principales) y sus alrededores. El objetivo era combinar estos datos para ver si podían proporcionar nueva información sobre la posible clasificación de grupos de diferentes tamaños.

El estudio demostró que los grupos y cúmulos de galaxias se pueden dividir en dos clases con propiedades bastante diferentes. Los procesos físicos que influyen en la formación y evolución de las principales galaxias en grupos y cúmulos difieren en grupos ricos y pobres.

En el trabajo, los investigadores describieron el entorno de los grupos de dos maneras diferentes. En primer lugar, describieron la red cósmica en términos del campo de densidad general, con los supercúmulos como las regiones más grandes de alta densidad y los vacíos como las regiones de baja densidad. En segundo lugar, calcularon la distancia desde el eje del filamento más cercano para cada grupo de galaxias. Esta distancia muestra si el grupo está en un filamento, cerca o lejos de los filamentos.

Los investigadores dividieron las galaxias principales de los grupos de galaxias en galaxias sin formación estelar activa (estas galaxias son predominantemente rojas) y aquellas donde la formación estelar está actualmente activa (las estrellas jóvenes dan a estas galaxias su color azul). Sin embargo, también encontraron galaxias rojas con formación de estrellas entre las galaxias principales de los grupos.

Al comparar las propiedades de las galaxias principales en grupos de diferente luminosidad (o riqueza), se encontró que los grupos se dividen en dos clases principales:grupos de alta luminosidad y cúmulos, en los que casi todas las galaxias principales son galaxias rojas que no forman estrellas. y grupos pobres en luminosidad, que pueden tener, además de aquellos sin formación estelar activa, también galaxias con formación de estrellas azules o rojas como galaxias principales.

Las diferencias entre grupos y conglomerados no se limitan a la luminosidad:cada muestra se puede dividir en dos según una característica. Además, se descubrió que los grupos y cúmulos de galaxias de alta luminosidad están ubicados en filamentos en regiones de alta densidad.

Todos los cúmulos más brillantes y ricos están ubicados en filamentos en supercúmulos. Por el contrario, se pueden encontrar grupos de galaxias de baja luminosidad y galaxias individuales en todas partes de la red cósmica, incluso en regiones de baja densidad:en vacíos, ubicadas en filamentos dispersos o incluso bastante lejos de los filamentos. Curiosamente, en los supercúmulos, la luminosidad de los grupos de galaxias pobres con el mismo número de miembros es mucho mayor que la de los supercúmulos exteriores.

El estudio demostró que las propiedades dinámicas de los grupos ricos con galaxias principales que ya no están formando estrellas también difieren de las de los grupos con galaxias principales con formación estelar activa. En el primero, las galaxias principales se encuentran en su mayoría en el centro del grupo o cúmulo, mientras que las galaxias principales productoras de estrellas pueden estar bastante lejos del centro del grupo.

Los astrónomos descubrieron que la relación entre las dispersiones de velocidad estelar de las galaxias principales y las dispersiones de velocidad de grupo, conocidas por estudios anteriores, no se cumple en el caso de cúmulos muy ricos, especialmente en cúmulos con galaxias principales que no forman estrellas.

Describir las propiedades de la estructura del universo y cómo se forman y evolucionan es una de las tareas fundamentales de la cosmología. Los resultados amplían nuestra comprensión de la formación y evolución de grupos y cúmulos de galaxias y sus principales galaxias en la red cósmica.

Los cúmulos de galaxias ricos sólo pueden formarse en regiones donde la densidad general de materia es suficientemente alta y donde hay mucho gas necesario para la formación de estrellas. En tales regiones, a los conglomerados ricos se les pueden unir otros grupos y conglomerados (igualmente ricos). En las regiones de baja densidad (las áreas actualmente vacías) sólo se pueden formar grupos bastante pobres, que están bastante alejados entre sí y, por lo tanto, hay pocas fusiones.

Los resultados de la investigación también sugieren que los procesos físicos que influyen en la formación y evolución de las principales galaxias en grupos y cúmulos son diferentes en los grupos ricos y pobres. La evolución de galaxias individuales y galaxias principales en pequeños grupos está influenciada principalmente por procesos dentro y alrededor de sus halos de materia oscura; el impacto de otras galaxias y entornos más distantes (fusiones de grupos de galaxias, etc.) es importante principalmente en cúmulos ricos.

El estudio también subrayó la importancia de los supercúmulos de galaxias como entorno único para la formación y evolución de galaxias y sistemas de galaxias.

En la investigación de galaxias y grupos de galaxias, el siguiente paso del grupo de trabajo será utilizar los nuevos datos de observación, incluidos datos sobre galaxias muy débiles. El Observatorio de Tartu participa en varios de estos programas de observación.

El artículo se publica en la revista Astronomy &Astrophysics. .

Más información: Maret Einasto et al, Grupos y cúmulos de galaxias y sus galaxias más brillantes dentro de la red cósmica, Astronomía y Astrofísica (2023). DOI:10.1051/0004-6361/202347504

Información de la revista: Astronomía y Astrofísica

Proporcionado por el Consejo de Investigación de Estonia