El universo está repleto de cúmulos de galaxias: enormes estructuras apiladas en las intersecciones de la red cósmica. Un solo cúmulo puede abarcar millones de años luz y estar formado por cientos, o incluso miles, de galaxias.
Sin embargo, estas galaxias representan solo un pequeño porcentaje de la masa total de un cúmulo. Alrededor del 80% es materia oscura, y el resto es una “sopa” de plasma caliente: gas calentado a más de 10.000.000 de grados Celsius y entretejido con campos magnéticos débiles.
Nosotros y nuestro equipo internacional de colegas hemos identificado una serie de objetos de radio rara vez observados (una reliquia de radio, un halo de radio y una emisión de radio fósil) dentro de un cúmulo de galaxias particularmente dinámico llamado Abell 3266. Desafían las teorías existentes sobre los orígenes de tales objetos. y sus características.
Los cúmulos de galaxias nos permiten estudiar una amplia gama de procesos ricos, incluidos el magnetismo y la física del plasma, en entornos que no podemos recrear en nuestros laboratorios.
Cuando los cúmulos chocan entre sí, se depositan enormes cantidades de energía en las partículas del plasma caliente, lo que genera emisiones de radio. Y esta emisión viene en una variedad de formas y tamaños.
Las “reliquias de radio” son un ejemplo. Tienen forma de arco y se asientan hacia las afueras de un cúmulo, impulsados por ondas de choque que viajan a través del plasma, lo que provoca un salto en la densidad o la presión y energiza las partículas. Un ejemplo de una onda de choque en la Tierra es el estampido sónico que ocurre cuando un avión rompe la barrera del sonido.
Los “halos de radio” son fuentes irregulares que se encuentran hacia el centro del cúmulo. Están alimentados por turbulencias en el plasma caliente, que da energía a las partículas. Sabemos que tanto los halos como las reliquias son generados por colisiones entre cúmulos de galaxias, pero muchos de sus detalles arenosos siguen siendo esquivos.
Luego están las fuentes de radio “fósiles”. Estos son los restos de radio de la muerte de un agujero negro supermasivo en el centro de una galaxia de radio.
Cuando están en acción, los agujeros negros disparan enormes chorros de plasma (opens in new tab) mucho más allá de la propia galaxia. A medida que se quedan sin combustible y se apagan, los chorros comienzan a disiparse. Los restos son lo que detectamos como radiofósiles.
Abel 3266
Nuestro nuevo artículo (se abre en una pestaña nueva), publicado en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, presenta un estudio muy detallado de un cúmulo de galaxias llamado Abell 3266.
Este es un sistema de colisión particularmente dinámico y desordenado a unos 800 millones de años luz de distancia. Tiene todas las características de un sistema que debería albergar reliquias y halos, pero hasta hace poco no se había detectado ninguno.
Siguiendo con el trabajo realizado con Murchison Widefield Array (se abre en una nueva pestaña) a principios de este año (se abre en una nueva pestaña), utilizamos nuevos datos del radiotelescopio ASKAP (se abre en una nueva pestaña) y Australia Telescope Compact Array (se abre en una nueva pestaña) nueva pestaña) (ATCA) para ver Abell 3266 con más detalle.
Nuestros datos pintan un cuadro complejo. Puede ver esto en la imagen principal: los colores amarillos muestran características donde la entrada de energía está activa. La neblina azul representa el plasma caliente, capturado en longitudes de onda de rayos X.
Los colores más rojos muestran características que solo son visibles en frecuencias más bajas. Esto significa que estos objetos son más antiguos y tienen menos energía. O han perdido mucha energía con el tiempo, o nunca tuvieron mucha para empezar.
La reliquia de radio es visible en rojo cerca de la parte inferior de la imagen (ver más abajo para un zoom). Y nuestros datos aquí revelan características particulares que nunca antes se habían visto en una reliquia.
Su forma cóncava también es inusual, lo que le valió el apodo pegadizo de una reliquia del “camino equivocado”. En general, nuestros datos rompen nuestra comprensión de cómo se generan las reliquias y todavía estamos trabajando para descifrar la física compleja detrás de estos objetos de radio.
Restos antiguos de un agujero negro supermasivo
El radiofósil, visto hacia la parte superior derecha de la imagen principal (y también debajo), es muy tenue y rojo, lo que indica que es antiguo. Creemos que esta emisión de radio provino originalmente de la galaxia en la parte inferior izquierda, con un agujero negro central que ha estado apagado durante mucho tiempo.
Nuestros mejores modelos físicos simplemente no pueden ajustarse a los datos. Esto revela brechas en nuestra comprensión de cómo evolucionan estas fuentes, brechas que estamos trabajando para llenar.
Finalmente, utilizando un algoritmo inteligente, desenfocamos la imagen principal para buscar una emisión muy débil que es invisible a alta resolución, descubriendo la primera detección de un halo de radio en Abell 3266 (ver más abajo).
Hacia el futuro
Este es el comienzo del camino hacia la comprensión de Abell 3266. Hemos descubierto una gran cantidad de información nueva y detallada, pero nuestro estudio ha planteado aún más preguntas.
Los telescopios que usamos están sentando las bases para la ciencia revolucionaria del proyecto Square Kilometer Array (opens in new tab). Estudios como el nuestro permiten a los astrónomos descubrir lo que no sabemos, pero puede estar seguro de que lo descubriremos.
Reconocemos al pueblo Gomeroi como los propietarios tradicionales del sitio donde se encuentra ATCA, y al pueblo Wajarri Yamatji como los propietarios tradicionales del sitio del Observatorio de Radioastronomía Murchison, donde se encuentran ASKAP y Murchison Widefield Array.
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