Detección de cúmulos de galaxias muy lejanos

Hoy toca comentar sobre un método que se utiliza para detectar cúmulos de galaxias muy lejanos, tanto que no se pueden detectar por la luz que emiten.

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Como hemos visto en el post anterior, existe un fondo cósmico de microondas en todas direcciones, que es una imagen de cómo estaba el Universo en sus inicios, y por tanto, es la imagen más antigua que podemos ver de éste.

Dado que es la imagen más lejana (es el “fondo”), todas los objetos que se han formado después (galaxias, cúmulos de galaxias, estrellas, etc) quedan superpuestas a este fondo, alterando la luz que nos viene de él.

Y esto es precisamente lo que podemos usar a nuestro favor para detectar lo que hay por medio.

Efecto Compton inverso

Las galaxias se suelen ir juntando en formaciones mayores, llamadas cúmulos de galaxias, y estas formaciones, además de contar con un gran número de galaxias (depende del tamaño del cúmulo, claro) suele dejar atrapado una gran cantidad de gas en medio del cúmulo, calentándose hasta altas temperaturas, tales que normalmente este gas emite rayos X. A estas temperaturas, cabe destacar que normalmente no se encuentran átomos neutros, sino que los electrones suelen estar libres en el gas.

Ahora bien, cuando se acercan fotones (luz, en este caso proveniente del fondo cósmico) a esta región con gas muy caliente, se producen choques entre los fotones y los electrones del gas.

En el caso en que estos electrones estén a una temperatura normal (y por tanto llevan menos energía), se produce el efecto Compton, que consiste en que el fotón, al chocar con el electrón, le traspasa a éste parte de su energía, provocando al final que la luz que sale del gas sea menos energética (su longitud de onda es mayor, volviéndose más rojos), mientras que los electrones ahora tienen más energía, lo que se traduce en que este gas se calienta.

Sin embargo, en estos casos lo que tenemos son electrones muy energéticos, lo que provoca que el efecto se de al revés: el electrón, que lleva más energía que el fotón, es quien cede energía a éste. Produciendo que el electrón es quien pierde energía, mientras que los fotones la ganan, obteniendo que la longitud de onda de éstos disminuye (se vuelven más azules). Este es el efecto Compton inverso.

Aplicación del efecto en el fondo cósmico de microondas

Ahora viene la aplicación que podemos encontrar debido a este efecto.
Si miramos hacia una dirección determinada en el “mapa” del fondo cósmico de microondas, y en esta dirección resulta que hay un cúmulo de galaxias, no observaremos el espectro normal del fondo (que es aproximadamente igual para todas las direcciones en que miremos), sino que obtenemos unas pequeñas desviaciones, obteniendo que en esa dirección, la luz es ligeramente más energética en promedio que la de otras direcciones.

Así que esto se convierte en una forma eficaz para detectar dónde hay cúmulos de galaxias: observar detenidamente la luz del fondo cósmico de microondas, y ver en qué puntos esta luz se ve alterada respecto a la media.

Y lo más útil es que este efecto es el mismo para cúmulos de galaxias cercanos o lejanos, ya que la luz se verá alterada de igual forma (solo cambiará el tamaño en el cielo con que veremos dicho cúmulo), así que con esto, obtenemos un método para detectar dichos cúmulos sin que influya la distancia a la que estén. Así que podremos observar cúmulos lo suficientemente lejanos que no pueden ser visto por otros métodos más “comunes”.

Salvando problemas

Hasta aquí todo parece fácil, aunque hay un “pequeño” problema que salvar.
Hemos visto que el fondo cósmico no es totalmente uniforme, sino que tiene pequeñas fluctuaciones. Así que la pregunta que podemos hacernos es… ¿cómo se distinge si esta desviación en la luz que observamos en un punto dado se debe a un cúmulo de galaxias o a una fluctuación del propio fondo?.

Por suerte, hay una forma relativamente sencilla de averiguarlo.
Hemos visto que el efecto Compton inverso se da cuando los electrones son más energéticos que los fotones incidentes, por lo tanto, mirando en la misma dirección a diferentes frecuencias, obtendremos que si son fluctuaciones del fondo, se obtendrá el mismo efecto (si dicha zona es más energética, lo seguirá siendo) ya que se deben a la misma causa.
Sin embargo, si se deben a algún cúmulo de galaxia, este efecto (el tener una luz más energética) solo será visto para un rango de frecuencias, así que si observamos a unas frecuencias lo suficientemente altas, dejaremos de observar dicho efecto (y la luz de esa zona dejará de ser más energética de lo normal).

Así se consigue identificar si el fenómeno que observamos se debe realmente a un cúmulo o a otra cosa.

NOTA: El conocimiento de este método se debe a Diego, miembro del IFCA, que en uno de nuestros interrogatorios con innumerables dudas acerca de su asignatura, nos contó esta parte de su trabajo.

2 comentarios en “Detección de cúmulos de galaxias muy lejanos

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