Ballet Cósmico: La interacción entre calentamiento, enfriamiento y metales en los núcleos de cúmulos y grupos de galaxias.
Director del proyecto
Dra. Valeria Olivares, académica e investigadora Facultad de Ciencia, Usach.
Contexto
La formación y evolución de galaxias masivas sigue siendo uno de los grandes desafíos de la astrofísica moderna. Recientes observaciones del telescopio espacial James Webb han revelado la existencia de galaxias sorprendentemente grandes, masivas y metálicas en un universo muy joven, desafiando los modelos actuales de formación galáctica y cosmología LambdaCDM. Comprender estos hallazgos requiere estudiar análogos cercanos en el universo local. Los cúmulos y grupos de galaxias son sistemas donde una galaxia central masiva, con un agujero negro supermasivo, interactúa con un vasto halo de gas caliente detectable en rayos X. Sin embargo, existen aspectos críticos aún poco comprendidos, como el ciclo de vida de ese gas y su papel en la formación estelar y la retroalimentación de los AGN, elementos clave para modelar la historia química y dinámica de las galaxias.
Problema
Uno de los enigmas más recientes es la llamada paradoja solar: la composición química del gas caliente en los centros de cúmulos muestra un patrón muy similar al del Sol, algo inesperado dado el tamaño, edad y procesos distintos de estos sistemas. Además, se sabe poco sobre cómo se forma y evoluciona el gas multifásico en grupos de galaxias menos masivos, donde las interacciones y fusiones son más frecuentes. Sin entender estos procesos y sus diferencias con cúmulos más grandes, no es posible afinar los modelos de formación y evolución de galaxias ni explicar los hallazgos del universo temprano.
Solución
Este proyecto propone un estudio sistemático y comparativo de la composición química y el ciclo de vida del gas en los centros de cúmulos y grupos de galaxias. Utilizando observaciones de rayos X, Chandra, XMM-Newton y próximamente XRISM, se analizará el gas caliente, mientras que con datos ópticos del instrumento MUSE en el Very Large Telescope se estudiará la cinemática y composición estelar de las galaxias centrales. Al comparar ambas componentes, se podrá investigar la influencia de los jets de los agujeros negros supermasivos en la distribución y enriquecimiento de metales, además de explorar el papel de las fusiones galácticas en sistemas menos masivos, aprovechando la capacidad de observación única que ofrece el cielo chileno.
Objetivos
1. Estudiar la paradoja solar analizando la composición química del gas caliente en cúmulos y grupos de galaxias.
2. Comprender el ciclo de vida del gas multifásico, su enfriamiento, formación estelar y alimentación de agujeros negros supermasivos.
3. Investigar el impacto de la retroalimentación de AGN y las fusiones galácticas en la evolución química del gas y de las galaxias centrales.
4. Generar datos observacionales comparativos entre cúmulos masivos y grupos de baja masa para mejorar los modelos de evolución galáctica.
Beneficios
Este proyecto permitirá resolver preguntas fundamentales sobre la formación y evolución de galaxias masivas, contribuyendo a explicar hallazgos recientes que desafían la cosmología actual. Ofrecerá datos inéditos sobre la química y dinámica del gas en cúmulos y grupos, sirviendo de referencia para estudios del universo temprano. Fortalecerá el liderazgo de Chile en astronomía de frontera, aprovechando infraestructura como el VLT y formando nuevas generaciones de estudiantes de pre y posgrado en investigación de vanguardia. Además, aportará conocimiento clave para ajustar los modelos teóricos que explican la evolución de galaxias y la distribución de metales en el cosmos.
