El observatorio ESO confirma la dinámica juventud de Virgo

Una acumulación reciente

Imagen ESO 04a/03: El corazón del Racimo de Virgo.

A una distancia de aproximadamente 50 millones de años luz, el Racimo de Virgo es la más cercana acumulación de galaxias. Esta localizada en la constelación zodiacal de Virgo (La Virgen) y contiene muchos centenares de galaxias, que van desde las gigantescas y masivas elípticas y espirales como nuestra propia Vía Láctea, hasta galaxias enanas que son cientos de veces menores que sus hermanas mayores.

El astrónomo francés Charles Messier incluyó en su famoso catálogo de nebulosas a 16 miembros del racimo. A la izquierda se puede ver una imagen (Foto ESO 04a/03) del corazón de esta acumulación galáctica obtenida por la Cámara Gran Angular del Observatorio de ESO La Silla (para más información sobre C. Messier, consulte las notas en la noticia astroseti No. 270).

El telescopio ESO de 2,2 metros en La Silla, Chile.

Se piensa que los racimos galácticos se han formado a lo largo de extensos períodos por la acumulación de entidades menores, a través del fuerte tirón gravitatorio de la materia, tanto luminosa como oscura. Se considera que el Racimo de Virgo es relativamente joven porque estudios previos han revelado pequeños “sub-racimos de galaxias” alrededor de las galaxias mayores Messier 87, Messier 86 y Messier 49. Estos sub-racimos están todavía a la espera de fundirse para formar un racimo galáctico más denso y uniforme.

Las observaciones recientes han mostrado que el así llamado “espacio intra-racimal”, la región entre las galaxias que forman el racimo, está permeada por una poco densa “población intra-racimal de estrellas”, que pueden ser utilizadas para estudiar en detalle la estructura del racimo.

Vagabundos cósmicos

Los primeros descubrimientos de las estrellas intra-racimales en Virgo fueron realizados por azar por la astrónoma italiana Magda Arnaboldi del Observatorio de Turín, Italia y sus colegas, en 1966. A los efectos de estudiar los extensos halos de galaxias en el Racimo de Virgo con el Telescopio de Nueva Tecnología de ESO en La Silla, buscaron un tipo de objetos conocidos como “nebulosas planetarias” (Ver notas a la noticia astroseti No. 600 ).

Las nebulosas planetarias pueden ser detectadas a grandes distancias a causa de sus fuertes líneas de emisión. Estas líneas angostas permiten también una medición precisa de sus velocidades radiales. De esa forma, las nebulosas planetarias pueden servir para investigas los movimientos de las estrellas en las regiones del halo de galaxias distantes.

El telescopio ESO de Nueva Tecnología (NTT) en La Silla, Chile.

En su estudio, los astrónomos hallaron varias nebulosas planetarias que aparentemente no estaban relacionadas con ninguna galaxia en particular, sino que se movían en el campo gravitatorio general del racimo. Estas “vagabundas” pertenecían a una recién descubierta población de estrellas intra-racimales (para más información sobre nebulosas planetarias, consulte las notas en la noticia astroseti No. 600).

Luego de aquellas primeras observaciones, se descubrieron varios centenares de estas vagabundas. Pueden representar la punta del iceberg de una enorme población de estrellas que pululan entre las galaxias de estos gigantescos racimos.

De hecho, como las nebulosas planetarias son la etapa final de estrellas comunes de pequeña masa, como nuestro Sol, son representativas de la población estelar en general. Y como esta etapa final es de poca duración (unos pocos miles de años, un relámpago en la escala del tiempo astronómico), los científicos pueden estimar que una de cada 8.000 millones de estrellas tipo Sol es visible como una nebulosa planetaria en un momento dado. Debe entonces existir entre las galaxias un número comparable de estrellas al que hay existe en las propias galaxias, pero como están diluidas en un volumen tan grande, son apenas detectables.

Como estas estrellas son predominantemente viejas, la explicación más probable para su presencia en el espacio intra-racimal es que se formaron dentro de galaxias individuales que fueron posteriormente despojadas de muchas de sus estrellas durante los encuentros cercanos con otras galaxias durante las etapas iniciales de la formación del racimo. Estas estrellas “perdidas” fueron entonces dispersadas dentro del espacio intra-racimal, que es donde las encontramos ahora.

De esa forma, las nebulosas planetarias pueden proporcionar una información única acerca del número, tipo y movimientos de las estrellas en regiones que pueden albergar una cantidad sustancial de masa. Sus movimientos guardan el registro fósil de la historia de las interacciones galácticas y de la formación del racimo de galaxias.

Midiendo la velocidad de las estrellas agonizantes

Imagen ESO 29a/04: Mediciones de velocidad para cuarenta nebulosas planetarias intra-racimales. Aquí se muestra la distribución de las velocidades radiales en tres regiones celestes (identificadas como FJC, CORE y SUC) en la región del Racimo de Virgo.

El equipo internacional de astrónomos prosiguió realizando un estudio detallado de los movimientos de las nebulosas planetarias en el Racimo de Virgo a los efectos de determinar su estructura dinámica y compararla con simulaciones numéricas.

Para lograrlo, llevaron a cabo un desafiante programa de investigación, que apuntaba a confirmar los candidatos a nebulosas planetarias que habían hallado previamente y a medir sus velocidades radiales en tres regiones diferentes (“campos de inspección”) en el corazón del racimo.

Esta tarea estaba lejos de ser fácil. La emisión en la línea principal del oxígeno de una nebulosa planetaria en Virgo es comparable a la de una lamparilla de 60 vatios que se encuentre a una distancia de 6,6 millones de kilómetros, unas 17 veces la distancia Tierra-Luna.

Más aún, las nebulosas planetarias intra-racimales están muy dispersas, habiendo solamente unas pocas decenas de ellas en un campo celeste de un cuarto de grado (más o menos el tamaño de la Luna).

VLT (Very Large Telescope) de ESO en Paranal, Chile.

Las observaciones espectroscópicas de este tipo requieren telescopios de la clase de 8 metros, y espectrógrafos con un campo de visión, de modo que los astrónomos tuvieron que confiar en el espectrógrafo FLAMES-GIRAFFE del VLT (Very Large Telescope = Telescopio Muy Grande) con su relativamente alta resolución espectral, su campo visual de 25 arcominutos y su capacidad de registrar hasta 130 espectros a la vez.

Los científicos estudiaron un total de 107 estrellas, 71 de las cuales se creía eran candidatos genuinos a nebulosas planetarias intra-racimales. En esa tarea, se realizaron observaciones de 21 a 49 de estos objetos, en forma simultánea, durante unas dos horas por campo.

Las tres partes inspeccionadas del corazón de Virgo contienen varias galaxias brillantes (Messier 84, 86, 87 y NGC 4388) y un cierto número de galaxias más pequeñas. Fueron elegidas para representar diferentes entidades del racimo.

Las mediciones espectroscópicas podrían confirmar la naturaleza intra-racimal de 40 de las nebulosas planetarias estudiadas. También proporcionaron un tesoro de información sobre la estructura de esta sección del Racimo de Virgo.

En construcción

Imagen ESO PR 29b/04: Las galaxias más brillantes son M86, M84 y NGC 4388. El círculo mayor indica el campo de visión de FLAMES. Los candidatos a nebulosas planetarias intra-racimales en el campo SUC del Racimo de Virgo (Digital Sky Survey) están marcados con círculos. Los números cerca de cada círculo indican la velocidad medida para esa nebulosa. El código de color utilizado es: azul para las velocidades menores a la velocidad sistémica de M84 (1.60 km/h), y rojo para las velocidades mayores.

En el primero campo cercano a M87 los astrónomos midieron una velocidad media de 1.250 km/h y una pequeña dispersión alrededor de ese número. Por lo tanto, la mayoría de las estrellas está físicamente enlazada con la galaxia M87, de la misma forma en que la Tierra está enlazada con el Sol.

Magda Arnaboldi explica: “Este estudio ha llevado al notable descubrimiento de que M87 posee un halo estelar que se encuentra en equilibrio dinámico a una distancia de hasta por lo menos 65 kiloparsecs (o sea, más de 200.000 años luz). Esto es más del doble del tamaño de nuestra propia galaxia, y es algo que hasta la fecha desconocíamos”.

La dispersión de velocidad observada en el segundo campo, que está lejos de las galaxias brillantes, es más grande que la del primer campo por un factor de 4. Esta dispersión tan grande, indicativa de estrellas que se mueven en direcciones dispares a velocidades diferentes, nos dice también que este campo contiene muy probablemente muchas estrellas intra-racimales cuyos movimientos están apenas influenciados por las grandes galaxias. Estos nuevos datos sugieren la tentadora posibilidad de que esta población intra-racimal de estrellas pudiera ser el remanente de la desintegración de pequeñas galaxias que orbitaban M87.

La distribución de velocidades en el tercer campo, según se deduce de los espectros de FLAMES, también es diferente. Las velocidades muestran sub-estructuras relacionadas con las galaxias mayores, M.86, M84 y NGC 4388. Muy probablemente, la gran mayoría de estas nebulosas planetarias pertenece a un halo muy extendido alrededor de M84.

Ortwin Gerhard, de la Universidad de Basilea, Suiza, y miembro del equipo, está emocionado: “Tomadas en su conjunto, estas mediciones de velocidad confirman la idea de que el Racimo de Virgo es un conjunto galáctico altamente no-uniforme y no-relacionado, y que consiste de varias sub-unidades. Gracias al espectrógrafo FLAMES hemos podido observar los movimientos en el racimo en un momento en el que estas sub-unidades están todavía juntándose. Y ciertamente, es algo que merece ser visto”.

Más información

Los resultados presentados en este Reporte de Prensa de ESO están basados en un artículo de investigación ("The Line-of-Sight Velocity Distributions of Intracluster Planetary Nebulae in the Virgo Cluster Core" by M. Arnaboldi et al.) publicado recientemente en la revista de investigación Astrophysical Journal Letters Vol. 614, p. 33.

Los miembros del equipo son Magda Arnaboldi (INAF, Osservatorio di Pino Torinese, Italia), Ortwin Gerhard (Astronomisches Institut, Universität Basel, Suiza), Alfonso Aguerri (Instituto de Astrofisica de Canarias, España), Kenneth C. Freeman (Mount Stromlo Observatory, ACT, Australia), Nicola Napolitano (Kapteyn Astronomical Institute, Holanda), Sadanori Okamura (Dept. of Astronomy, University of Tokyo, Japón), y Naoki Yasuda (Institute for Cosmic Ray Research, University of Tokyo, Japón).

FLAMES, el Espectrógrafo Multi-Elemento de Gran Conjunto de Fibras (Fibre Large Array Multi-Element Spectrograph) está instalado en la Unidad Telescopio de 8,2 metros VLT KUEYEN. Puede observar simultáneamente el espectro de un gran número de objetos tenues individuales (o pequeñas áreas del cielo), y cubre un área de no menos de 25 arcominutos de diámetro, es decir, casi tan grande como la Luna llena. Es el resultado de una colaboración entre ESO, el Observatorio de Paris-Meudon, el Observatorio de Genève-Lausanne, y el Observatorio Anglo Australiano (AAO).

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Web Site: ESO Press Releases
Artículo: “The Virgo Cluster of Galaxies in the Making”
Fecha: Ocubre 22, 2004

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Para Astroseti.org: Heber Rizzo Baladán

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