Un “puente” de electrones intergalácticos de origen desconocido une dos inmensos cúmulos de galaxias

Govoni et al. / Science, 2019

Los astrónomos registraron emisiones de radio en el espacio entre dos cúmulos convergentes de galaxias. Los resultados del modelado numérico indicaron la presencia de campos magnéticos y partículas aceleradas a altas velocidades en esta brecha, cuyo tamaño supera la escala de los propios grupos, que en la teoría estándar se consideran las mayores estructuras unidas por gravedad del Universo. Para explicar los datos obtenidos, se necesita una nueva idea que describa el mecanismo de aceleración de las partículas en el gas intergaláctico, escriben los autores en la revista Science.

La materia no está distribuida de manera uniforme en el Universo, sino que tiene la forma de una "red cósmica": una red tridimensional formada por filamentos a lo largo de la cual se concentra la masa, y huecos entre ellos. En la intersección de los filamentos hay grupos de galaxias, las estructuras asociadas más grandes del universo.

Los cúmulos galácticos

Los clusters de galaxias están creciendo debido a la atracción y absorción de cúmulos de masa más pequeña. Durante este proceso, la materia se sumerge en el pozo gravitacional del grupo, y la energía de interacción potencial se convierte en energía cinética de movimiento. La mayor parte de esta energía cinética se va al calentamiento del gas luego de combinarse. Se cree que la parte restante se convierte en movimientos de gas turbulentos, y genera campos magnéticos o acelera las partículas a altas energías.

En muchos casos, en la banda de radio, en el centro de los grupos y en sus alrededores, se pueden ver fuentes ampliadas: un halo de radio y colas de radio. Su radiación es generada por el mecanismo sincrotrón; requiere la presencia de partículas de alta energía y campos magnéticos, cuyos parámetros se pueden estimar a partir de observaciones.

Los campos magnéticos son omnipresentes en grupos de galaxias, mientras que el halo de radio y los residuos de radio, en general, solo se combinan. Esto sugiere que se necesita una fuerte perturbación, que acelerará las partículas lo suficiente para la aparición de radiación de sincrotrón.

Una unión desconocida

Ahora, los astrónomos liderados por Federica Govoni del Observatorio Astronómico Italiano en Cagliari exploraron la brecha entre los cúmulos convergentes de galaxias Abell 0399 y Abell 0401 utilizando una red de radiotelescopios LOFAR. Estos grupos se encuentran en la etapa inicial de interacción, todavía hay al menos 3 megaparsec entre ellos, por lo que esta situación es interesante en el contexto de la búsqueda de campos magnéticos y partículas relativistas que llenan la región del espacio que excede el tamaño de los grupos de galaxias.

Los autores lograron aislar el brillo del sincrotrón entre los grupos, lo que indica la transformación de una parte de la energía de la fusión que se aproxima en radiación no térmica, muy probablemente a través de ondas de choque y movimientos turbulentos.

Las estimaciones de la densidad del gas (3×10-4 cm-3) y la magnitud del campo magnético (menos de un micro-Gauss) muestran que el tiempo que tardan los electrones relativistas en perder energía en tales condiciones es de aproximadamente 230 millones de años. Durante este tiempo, no pueden volar más de 0.1 megaparsec, lo que excluye la posibilidad de que caigan en la brecha de los propios grupos y habla de un mecanismo de aceleración local.

Los autores crearon dos modelos numéricos hidrodinámicos para verificar sus estimaciones. El primer modelo, en el que los electrones se aceleraron solo en el proceso de convergencia de grupos, no pudo reproducir la intensidad de radiación observada.

El segundo modelo, que sugiere que la brecha está llena de electrones calientes, que de nuevo se aceleran por ondas de choque, fue capaz de reproducir los datos experimentales. Sin embargo, para cumplir con los datos, el factor de Lorentz de los electrones debe ser más de 103, y ellos mismos deben llenar todo el espacio vacío. En este caso, también tuvieron que perder toda su energía en mil millones de años. El fenómeno que aceleró el gas de electrones mucho antes de la acumulación de grupos, sigue siendo desconocido.

Anteriormente, los astrónomos que utilizaban el telescopio VLT encontraron el proto-supercúmulo de galaxias más grande y antiguo. Otro grupo de científicos logró construir el mapa más detallado del movimiento de galaxias en el Supercluster local.
 

Timur Keshelava
Traducido por 
Victor Román
Esta noticia ha sido publicada originalmente en N+1, ciencia que suma.

Sobre N+1: Es la primera revista online de divulgación científica y tecnológica que permite la reproducción total o parcial de sus contenidos por medios de comunicación, bloggers e influencers, realizando la mención del texto y el enlace a la web: “Esta noticia ha sido publicada originalmente en la revista N+1, ciencia que sumawww.nmas1.org”. 

 

Suscríbete

Déjanos tu mail para recibir nuestro boletín de noticias

La confirmación ha sido enviada a tu correo.