Agrupación galáctica

Grupo de Galaxias HCG 87 (Hickson Compact Group), vista desde el Observatorio Gemini en Cerro Pachón, Chile.

Una agrupación galáctica es una superestructura cósmica formada por miles de galaxias. La materia bariónica del universo visible se distribuye a lo largo de estructuras colosales que reciben el nombre de filamentos o muros según su forma, quedando gran cantidad de regiones huecas, llamadas vacíos, sin apenas materia luminosa. Dichas estructuras están formadas por miles de agregados de galaxias de diferentes formas y tamaños. Estas colosales macroestructuras son las más recientes en la historia del universo. Dichas estructuras se mantienen cohesionadas por la fuerza de la gravedad de la materia oscura, pero la, expansión acelerada del cosmos podría acabar imponiéndose (si no lo ha hecho ya) y detener la acumulación de materia. Las distintas agrupaciones de galaxias que conforman el universo se llaman grupos, cúmulos y supercúmulos según su tamaño y el número de galaxias que contienen. Van desde pequeños grupos con una decena de galaxias hasta grandes cúmulos de miles de galaxias. Los supercúmulos son estructuras más complejas formadas por centenares o miles de cúmulos galácticos interaccionando gravitatoriamente entre sí.

Grupos

Los grupos de galaxias son los menores agregados de dichos objetos. Tienen las siguientes propiedades:

• Contienen menos de 50 galaxias
• Tienen un diámetro de unos 2 megaparsec (Mpc)
• Tienen una masa del orden de 10¹³ masas solares
• La dispersión de velocidades es del orden de 150 km/s

El grupo que contiene a nuestra galaxia, la Vía Láctea, es el llamado Grupo Local, que consta de más de 40 galaxias.

Cúmulos

Características

Abell 2744 es un cúmulo de galaxias conocido como cúmulo de Pandora

Según los astrónomos, los cúmulos de galaxias​ son más grandes que los grupos, aunque no hay una línea divisoria definida entre ambas categorías. Al ser observados visualmente, los cúmulos aparecen como colecciones de galaxias autosostenidos por la atracción gravitatoria. Sin embargo, sus velocidades son demasiado grandes para que sigan gravitacionalmente limitadas por sus fuerzas de atracción mutuas. Esta observación demuestra la implicación de la presencia de un componente adicional invisible. Observaciones en rayos X han revelado la presencia de una gran cantidad de gas intergaláctico o intracúmulo. Este gas es muy caliente (alrededor de 10⁸ K) y por lo tanto emite en una frecuencia alta: de rayos X. La masa total del gas es mayor que la de todas las galaxias del cúmulo por un factor de dos. Sin embargo, este gas sigue siendo insuficiente para mantener la cohesión gravitatoria de los cúmulos. Puesto que el gas intracumular está en equilibrio aproximado con el campo gravitatorio de todo el cúmulo, su distribución en él permite calcular la forma de dicho campo y, por ende, la masa total del cúmulo. Resulta que la masa total deducida es mucho más grande que la masa de las galaxias y del gas caliente juntos. La componente que falta no puede ser otra que la materia oscura cuya naturaleza es aún desconocida. En un cúmulo típico, aproximadamente sólo el 5 % de la masa total se encuentra en forma de galaxias, un 10 % en forma de gas caliente intracumular y el 85 % restante es materia oscura.

En los cúmulos predominan las galaxias elípticas e irregulares, fruto de la interacción de galaxias. También son comunes las galaxias lenticulares de las que se sospecha que en bastantes casos pueden proceder de galaxias espirales que han perdido su gas y por tanto su capacidad de formar estrellas. Esto se debe al rozamiento causado por su movimiento a través del gas intergaláctico o a las interacciones con otras galaxias del cúmulo.

Dinámica

La dinámica de los cúmulos galácticos es un tanto peculiar. Se los puede considerar como un gas de galaxias donde las partículas que lo componen en vez de ser átomos o moléculas son galaxias. Ese gas tiene unas condiciones particulares puesto que las galaxias se atraen entre sí con fuerza mientras que las partículas atómicas no lo hacen. Un gas normal tiende a expandirse y ocupar el máximo espacio mientras que los cúmulos galácticos no sólo tienden a expandirse, sino que también tienden a colapsar por su propia gravedad. Esto hace que se hallen en un delicado equilibrio entre su dispersión de velocidades y su masa. Cuanta más masa tenga el cúmulo más alta será la velocidad de escape. Así mismo, más masa implica mayores fuerzas gravitatorias, lo que conlleva mayores aceleraciones y mayores velocidades. Así pues, en los cúmulos más masivos las galaxias que los componen se mueven más deprisa unas respecto a otras que en los menos masivos. Es el propio campo de gravedad el que confina a las galaxias en un volumen de espacio determinado de la misma manera que las paredes de un recipiente hermético confinan el aire de su interior.

Evolución

La evolución de los cúmulos puede tomar dos rumbos. Unos tienden a concentrar más materia agregando pequeños grupos y otras galaxias individuales, lo cual los lleva a compactarse cada vez más y a adquirir una forma esferoidal. A la vez que dicho cúmulo fagocita galaxias y grupos, el núcleo del cúmulo canibaliza galaxias de éste convirtiéndose su centro en una o más galaxias elípticas gigantes que mantienen a las demás orbitando a su alrededor y que finalmente acabarán por fusionarse en una única galaxia elíptica gigante formando lo que se conoce como cúmulo de galaxias fósil: un cúmulo de galaxias con una única galaxia elíptica en su centro y una carencia de galaxias brillantes en las regiones centrales.​ Otros cúmulos menos ligados gravitatoriamente pueden evolucionar de forma distinta. Estadísticamente siempre hay alguna galaxia capaz de alcanzar la velocidad de escape para salir del cúmulo. Estos cúmulos empiezan a perder galaxias y a medida que pierden masa la velocidad de escape disminuye, lo que acelera la pérdida de más galaxias, provocando su fragmentación hasta la total dilución. Este proceso puede venir motivado por la presencia de cúmulos mayores en las cercanías, los cuales acabarán por engullir al pequeño.

Así pues, los cúmulos tienen las siguientes propiedades:

• Contienen desde 50 a 1000 galaxias, gas caliente emisor de rayos X y gran cantidad de materia oscura.
• La distribución de estos tres componentes es aproximadamente la misma en cada cúmulo.
• La masa total va desde 10¹⁴ a 10¹⁵ veces la masa solar.
• Normalmente tienen un diámetro de 8 Mpc.
• Las velocidades de las galaxias van desde 800 a 1000 km/s.
• La distancia media entre cúmulos es del orden de 10 Mpc.

Algunos cúmulos galácticos notables en nuestras cercanías son el cúmulo de Virgo, hacia el cual se dirije el Grupo Local, y el cúmulo de Coma.

Supercúmulos

Los grupos, cúmulos y algunas galaxias aisladas pueden formar estructuras mayores: los supercúmulos. Estas agrupaciones se comportarían de forma parecida a los cúmulos, solo que en ellas las partículas elementales que lo constituyen ya no serían galaxias individuales, sino grupos y cúmulos galácticos enteros que se mueven confinados en su colosal campo gravitatorio.

Anteriormente, se consideraba que el Grupo Local estaba integrado plenamente en el supercúmulo de Virgo, pero ahora se ha determinado que forma parte del supercúmulo de Laniakea que, a su vez, está en la periferia del supercúmulo de Virgo.

Otro ejemplo de supercúmulo es el cúmulo de Phoenix.

Estructuras a gran escala

En las escalas más grandes del universo visible, la materia se agrupa en filamentos y extensas paredes o muros rodeadas de vacíos a modo de enormes burbujas huecas con los supercúmulos como nodos. La estructura parece asemejarse a la de una esponja.

Véase también

• Estructura a gran escala del universo
• Cosmología
• Objeto astronómico

• Datos: Q14515149
• Multimedia: Galaxy clusters / Q14515149