Dinámica Inesperada del Gas en Cúmulos de Galaxias en Fusión

Las galaxias suelen agruparse debido a su gravedad mutua formando cúmulos de varios millones de años luz. Algunos cúmulos tienen sólo un puñado de galaxias (cúmulos pobres) y otros cúmulos con cientos o miles de galaxias que se llaman cúmulos ricos. Nuestra Vía Láctea forma parte de un cúmulo pobre llamado Grupo Local, formado por dos grandes espirales de unos 3 millones de años luz, con la Vía Láctea y la Galaxia de Andrómeda, dominando los dos extremos. Cada espiral grande tiene varias galaxias más pequeñas orbitando alrededor de ellas.

Los cúmulos de galaxias siguen creciendo a través de las fusiones y la energía implicada es bastante enorme. En el gas se producen fuertes choques, una rápida rotación y turbulencias. La dinámica de los cúmulos que se fusionan puede estudiarse mediante un problema idealizado: la colisión de dos cúmulos esféricos y autogravitatorios. Uno de estos interesantes acontecimientos puede observarse en Abell 1033, un sistema situado a unos 1.600 millones de años luz de la Tierra. En esta región, los astrónomos han encontrado pruebas de que una nube de electrones desvanecida "volvió a la vida", como el mítico ave fénix, tras la colisión de dos cúmulos de galaxias.

Los flujos de electrones de alta energía llenaron una región de cientos de miles de años luz y produjeron una nube de emisión de radio brillante. Esta nube se desvaneció durante un periodo de millones de años a medida que los electrones perdían energía y la nube se expandía. Sin embargo, la radio del ave fénix  surgió cuando otro cúmulo de galaxias chocó con el cúmulo original, enviando ondas de choque a través del sistema.

Mapa de índice espectral de la emisión de radio en Abell 1033.

Los datos muestran la presencia de gas caliente en el cúmulo, lo que parece haber provocado la reignición de la emisión de radio en el sistema. El pico de la emisión de rayos X se ve en el "fondo" del cúmulo. Los astrónomos creen que están viendo la radio del ave fénix poco después de que haya renacido, ya que estas fuentes se desvanecen muy rápidamente cuando se encuentran cerca del centro del cúmulo. Debido a la intensa densidad, presión y campos magnéticos cerca del centro de Abell 1033, se espera que el estallido sólo dure unas decenas de millones de años.

En un reciente artículo en el que se describen estas observaciones, los autores hablan del papel de los componentes no térmicos (por ejemplo, partículas relativistas y campos magnéticos) en los cúmulos de galaxias. Su acción es poco conocida debido a las dificultades observacionales y teóricas para estudiar estos plasmas a gran escala. Nuestra comprensión de la parte no térmica del medio intracúmulo sigue siendo incompleta. El equipo dirigido por Francesco de Gasperin ha identificado un fenómeno que sólo puede desvelarse a frecuencias de radio extremadamente bajas y que ofrece nuevos conocimientos sobre la componente no térmica. Propusieron que la interacción entre el plasma emisor de radio y el medio perturbado del intracúmulo puede reenergizar suavemente las partículas relativistas inicialmente inyectadas por los núcleos galácticos activos. Las fuentes alimentadas a través de este mecanismo pueden mantener los electrones a energías más altas de lo que permitiría el envejecimiento radiativo. Si este mecanismo es común para el plasma envejecido, una población de electrones ligeramente relativistas puede acumularse en el interior de los cúmulos de galaxias proporcionando la población semilla para los mecanismos de reaceleración inducidos por la fusión a escalas mayores, como la turbulencia y las ondas de choque.

"Esto fue totalmente inesperado. A medida que estas nubes de electrones van irradiando su energía con el paso del tiempo, deberían volverse más tenues y desaparecer. En cambio, en este caso, después de más de cien millones de años, la cola de electrones brilla intensamente. [...] Es como estar entre los últimos exploradores. En cuanto nos adentramos en territorios inexplorados, o en este caso, en frecuencias inexploradas, nuestro universo sigue estando lleno de sorpresas. Y esto es sólo un primer paso. Queda mucho por hacer para comprender la complejidad de los cúmulos de galaxias y encontrar lo que se esconde en las bajas frecuencias de radio".

Francesco de Gasperin, Observatorio de Leiden, Países Bajos

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