En las escalas más grandes, el universo se ordena en un patrón similar a una red: las galaxias se juntan en cúmulos, que están conectados por filamentos y separados por vacíos. Estos cúmulos y filamentos contienen materia oscura, así como materia regular como gas y galaxias.
A esto lo llamamos la “red cósmica”, y podemos verlo mapeando las ubicaciones y densidades de las galaxias a partir de grandes estudios realizados con telescopios ópticos.
Creemos que la red cósmica también está impregnada de campos magnéticos, que son creados por partículas energéticas en movimiento y, a su vez, guían el movimiento de esas partículas. Nuestras teorías predicen que, cuando la gravedad une un filamento, causará ondas de choque que fortalecerán el campo magnético y crearán un brillo que se puede ver con un radiotelescopio.
En una nueva investigación publicada en Science Advances, hemos observado por primera vez estas ondas de choque alrededor de pares de cúmulos de galaxias y los filamentos que los conectan.
En el pasado, solo hemos observado estas ondas de choque de radio directamente de colisiones entre cúmulos de galaxias. Sin embargo, creemos que existen alrededor de pequeños grupos de galaxias, así como en filamentos cósmicos.
Todavía hay lagunas en nuestro conocimiento de estos campos magnéticos, como qué tan fuertes son, cómo han evolucionado y cuál es su papel en la formación de esta red cósmica.
Detectar y estudiar este brillo no solo podría confirmar nuestras teorías sobre cómo se formó la estructura a gran escala del universo, sino también ayudar a responder preguntas sobre los campos magnéticos cósmicos y su significado.
Excavando en el ruido
Esperamos que este brillo de radio sea muy débil y se extienda por grandes áreas, lo que significa que es muy difícil detectarlo directamente.
Además, las propias galaxias son mucho más brillantes y pueden ocultar estas débiles señales cósmicas. Para hacerlo aún más difícil, el ruido de nuestros telescopios suele ser muchas veces mayor que el brillo de radio esperado.
Por estas razones, en lugar de observar directamente estas ondas de choque de radio, tuvimos que ser creativos, utilizando una técnica conocida como apilamiento. Esto es cuando promedia imágenes juntas de muchos objetos demasiado débiles para verlos individualmente, lo que disminuye el ruido, o más bien mejora la señal promedio por encima del ruido.
Entonces, ¿qué apilamos? Encontramos más de 600.000 pares de cúmulos de galaxias que están cerca uno del otro en el espacio, por lo que es probable que estén conectados por filamentos. Luego alineamos nuestras imágenes de ellos para que cualquier señal de radio de los cúmulos o la región entre ellos, donde esperamos que estén las ondas de choque, se sumaría.
Usamos este método por primera vez en un artículo publicado en 2021 con datos de dos radiotelescopios: Murchison Widefield Array en Australia Occidental y Owens Valley Radio Observatory Long Wavelength Array en Nuevo México. Se eligieron estos no solo porque cubrían casi todo el cielo, sino también porque operaban en frecuencias de radio bajas, donde se espera que esta señal sea más brillante.
En el primer proyecto, hicimos un descubrimiento emocionante: ¡encontramos un brillo entre los pares de cúmulos! Sin embargo, debido a que era un promedio de muchos cúmulos, todos con muchas galaxias, era difícil decir con certeza que la señal provenía de los campos magnéticos cósmicos, en lugar de otras fuentes como las galaxias.
Una revelación ‘impactante’
Normalmente, los campos magnéticos de los cúmulos se mezclan debido a la turbulencia. Sin embargo, estas ondas de choque ordenan los campos magnéticos, lo que significa que el resplandor de radio que emiten está altamente polarizado.
Decidimos probar el experimento de apilamiento en mapas de luz de radio polarizada. Esto tiene la ventaja de ayudar a determinar qué está causando la señal.
Las señales de las galaxias regulares están polarizadas solo en un 5% o menos, mientras que las señales de las ondas de choque pueden estar polarizadas en un 30% o más.
En nuestro nuevo trabajo, utilizamos datos de radio de Global Magneto Ionic Medium Survey, así como del satélite Planck para repetir el experimento. Estos estudios cubren casi todo el cielo y tienen mapas de radio tanto polarizados como regulares.
Detectamos anillos muy claros de luz polarizada que rodea los pares de cúmulos. Esto significa que los centros de los cúmulos están despolarizados, lo que se espera dado que son entornos muy turbulentos.
Sin embargo, en los bordes de los cúmulos los campos magnéticos se ordenan gracias a las ondas de choque, por lo que vemos este anillo de luz polarizada.
También encontramos un exceso de luz altamente polarizada entre los cúmulos, mucho más de lo que cabría esperar de las galaxias. Podemos interpretar esto como la luz de los choques en los filamentos de conexión. Esta es la primera vez que se encuentra una emisión de este tipo en este tipo de entorno.
Comparamos nuestros resultados con simulaciones cosmológicas de última generación, las primeras de su tipo en predecir no solo la señal total de la emisión de radio, sino también la señal polarizada. Nuestros datos coincidieron muy bien con estas simulaciones y, al combinarlas, podemos comprender la señal del campo magnético que quedó del universo primitivo.
En el futuro nos gustaría repetir esta detección para diferentes momentos de la historia del universo. Todavía no sabemos el origen de estos campos magnéticos cósmicos, pero más observaciones como esta pueden ayudarnos a descubrir de dónde vinieron y cómo han evolucionado.
Con información de Phys.org
