XMM-Newton revela el origen de los elementos en los cúmulos galácticos.

XMM-Newton revela el origen de los elementos en los cúmulos galácticos.

Por :Jorge A. Vázquez

El conocer la composición química de los cúmulos de galaxias es de una importancia crucial para la comprensión del origen de los elementos químicos en el Universo.

Las observaciones profundas de dos cúmulos brillantes de galaxias con el satélite XMM-Newton de la ESA permitieron a un grupo de astrónomos internacionales medir sus composiciones químicas con una precisión sin precedentes. El conocer la composición química de los cúmulos de galaxias es de una importancia crucial para la comprensión del origen de los elementos químicos en el Universo.

Los cúmulos o conglomerados de galaxias son los objetos más grandes del Universo. Mirándolos a través de telescopios ópticos es posible ver cientos e incluso miles de galaxias ocupando un volumen de pocos millones de años luz. Sin embargo, dichos telescopios sólo revelan la punta del iceberg. De hecho, la mayoría de los átomos en los cúmulos de galaxias están forma de gas caliente que emite en rayos X, siendo la masa del gas caliente cinco veces mayor que la masa de los cúmulos en sí mismos.

La mayoría de los elementos químicos se producen en las estrellas de los cúmulos de galaxias – elementos que son expulsados hacia el espacio circundante por explosiones de supernova y por vientos estelares – que llegan a formar parte del gas caliente que emite en rayos X. Los astrónomos dividen las supernovas en dos tipos básicos: ‘de colapso del núcleo’ y supernovas de ‘Tipo Ia’. Las supernovas de ‘colapso de núcleo’ se originan cuando una estrella al final de su vida se colapsa en una estrella de neutrones o un agujero negro. Estas supernovas producen pérdidas de oxígeno, neón y magnesio. Las supernovas de Tipo Ia explotan cuando una estrella enana blanca, que consume materia de una estrella compañera se vuelve demasiado grande y se desintegra por completo. Este tipo de supernovas producen grandes cantidades de hierro y níquel.

Respectivamente, en noviembre de 2002 y agosto de 2003, y un durante un día y medio cada vez, el XMM-Newton llevó a cabo observaciones profundas de los dos cúmulos de galaxias llamados ‘Sersic 159-03’ y ‘2A 0335+096’. Los astrónomos podrían determinar, gracias a estos datos, las abundancias de nueve elementos químicos en el ‘plasma’ del cúmulo – un gas que contiene partículas cargadas tales como iones y electrones.

Entre estos elementos se encuentran el oxígeno, el hierro, el magnesio, el silicio, el argón, el calcio, el níquel, y –detectado por primera vez en un cúmulo de galaxias – el cromo. “Comparando las abundancias de los elementos detectados con la cosecha teórica de supernovas, encontramos que cerca del 30 por ciento de las supernovas de estos cúmulos fueron enanas blancas en explosión (‘Tipo Ia’) y el resto fueron estrellas que colapsaron al final de sus vidas (‘colapso de núcleo’)”, dijo Norbert Werner, del SRON, Instituto Holandés para la Investigación Espacial (Utretch, Holanda) y uno de los autores más destacados de estos resultados.

“Este número se encuentra entre el valor encontrado para nuestra Galaxia (donde las supernovas de Tipo Ia representan cerca del 13 por ciento de la ‘población’ de supernovas) y la frecuencia actual de eventos de supernovas tal y como fue determinada por el proyecto de Busqueda de Supernovas del Observatorio Lick (de acuerdo con este proyecto, cerca del 42 por ciento de todas las supernovas observadas son de Tipo Ia)”, continuó.

Los astrónomos también encontraron que todos los modelos de supernova predicen mucho menos calcio del que se observa en los cúmulos y que la abundancia de níquel no puede reproducirse en estos modelos. Estas discrepancias indican que los detalles del enriquecimiento de supernovas no están todavía claramente comprendidos. A partir de la creencia de que los cúmulos de galaxias son buenas muestras del Universo, su espectroscopía en rayos X puede ayudar a mejorar los modelos de supernova.

La distribución espacial de los elementos a través de un cúmulo también contiene información acerca de la historia de los cúmulos en sí mismos. La distribución de los elementos en 2A 0335+096 indica que hay una fusión en ciernes. La distribución de oxígeno e hierro a través de Sersic 159-03 indica que mientras que la mayoría del enriquecimiento por supernovas de colapso de núcleo ocurrió hace mucho tiempo, las supernovas de Tipo Ia todavía continúan enriqueciendo el gas caliente con elementos pesados especialmente en el núcleo del cúmulo.

Nota a los editores

Este trabajo se presenta en dos publicaciones en el Astronomy & Astrophysics journal. El primero, publicado en Abril de 2006 y titulado ‘XMM-Newton spectroscopy of the cluster of galaxies 2A 035+096’ (A&A; Volume 449, Page 475), es obra de N.Werner , J.S.Kaastra y J.A.M.Bleeker (SRON, Utrecht, Holanda), J.de Plaa y J.Vink (SRON y Utrecht University, Utrecht, Holanda), T.Tamura (JAXA, Kanagawa, Japan), J.R.Peterson (Stanford University, CA, USA), F.Verbunt (Utrecht University, Holanda).

El secundo artículo, que aparecerá en en 2006 con el título: ‘Chemical evolution in Sersic 159-03 observed by XMM-Newton’ (A&A; 2006 and astro-ph/0602582), es obra de J.de Plaa, J.Vink and J.A.M.Bleeker (SRON and Utrecht University, Utrecht, The Netherlands), N.Werner, J.S.Kaastra and M.Mendez (SRON, Utrecht, Holanda), A.M.Bykov (A.F. Ioffe Institute for Physics and Technology, St.Petersburg, Rusia), M.Bonamente (University of Alabama, Hunstville, AL, USA), J.R. Peterson (Stanford University, CA, Estados Unidos).

Esta investigación es especialmente el resultado de la cooperación entre el SRON de Utrecht y la Universidad Holandesa de Utrecht.

Para una mayor información

Norbert Werner, SRON Netherlands Institute for Space Research, Utrecht, the Netherlands
Tel: +31 30 2535 721
Email: n.werner @ sron.nl

Jelle de Plaa, SRON Netherlands Institute for Space Research, Utrecht, the Netherlands
Tel: +31 30 253 5712
Email: j.de.plaa @ sron.nl,

Norbert Schartel, ESA XMM-Newton Project Scientist
Norbert.Schartel @ sciops.esa.int