Científicos descubren una conexiona de radio entre dos cúmulos de galaxias

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Científicos descubren una conexiona de radio entre dos cúmulos de galaxias
dragonuppl / Pixabay

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Un estudio guiado por Inaf identifica por primera vez un “rastro” de campos magnéticos y electrones relativistas a lo largo de un filamento interminable de gas que conecta dos cúmulos de galaxias, Abell 0399 y Abell 0401. Gracias a los datos recogidos por la red de radiotelescopios LoFar (Low Frequency Array), fue posible identificar y medir esta estructura en ondas de radio por primera vez.

Los campos eléctricos y magnéticos impregnan -como en un intergaláctico amanecer interminable que se extiende por 10 millones de años luz- el tenue puente de gas que une dos cúmulos de galaxias. Fueron identificados por primera vez, gracias a las mediciones del radiotelescopio LoFar, por un equipo internacional de investigadores coordinado por Federica Govoni del Instituto Nacional de Astrofísica (Inaf) de Cagliari, con la participación de colegas del Inaf, del Departamento de Física y Astronomía de la Universidad de Bolonia, de la Scuola Normale Superiore de Pisa y de investigadores de varios institutos europeos de los Países Bajos, Alemania, Francia, Suiza, Suecia y el Reino Unido.

En el universo la materia se distribuye como una “red cósmica”, que consiste en estructuras filamentosas en la intersección de las cuales forman enormes concentraciones, llamadas cúmulos, de miles de galaxias. Los cúmulos de galaxias pueden ser considerados los objetos gravitacionalmente ligados más grandes del universo. Las observaciones realizadas hasta ahora con radiotelescopios muestran en las zonas centrales de algunos clusters un “halo” de emisión radioeléctrica que confirma la existencia de un campo magnético, probablemente amplificado por procesos de fusión e incorporación progresiva de estructuras más pequeñas.

Hasta ahora, sin embargo, nunca se había observado un campo magnético en los filamentos que conectan los cúmulos entre sí. Aunque inmensos, los filamentos de esta red son extremadamente enrarecidos y difíciles de observar.

“En este contexto, el par de clusters Abell 0399 y Abell 0401 es realmente excepcional”, dice Govoni, primer autor del artículo que describe el descubrimiento publicado en la revista Science. “Hace tiempo que nuestro grupo descubrió que ambos grupos tienen un halo de radio. Más recientemente, el satélite Planck demostró que los dos sistemas están conectados por un pequeño filamento de materia. La presencia de este filamento estimuló nuestra curiosidad y nos llevó a investigar si el campo magnético podía extenderse más allá del centro de los cúmulos, permeando el filamento de materia que los conecta. Con gran satisfacción, la imagen obtenida con el radiotelescopio LoFar confirmó esta intuición nuestra, mostrando lo que puede definirse como una especie de “amanecer” a escala cósmica”.

La emisión de estas ondas de radio se debe al mecanismo de sincrotrón, que se origina cuando electrones altamente energéticos se mueven dentro de un campo magnético. “Típicamente observamos este mecanismo de emisión en acción en galaxias individuales e incluso en cúmulos de galaxias, pero nunca antes se había observado una emisión de radio que conectara dos de estos sistemas”, añade Matteo Murgia, primer investigador del Instituto Nacional de Astrofísica. “Comprender la naturaleza de esta fuente de radio es un verdadero desafío, ya que los electrones, durante su tiempo de vida radiativa, pueden viajar un tramo de espacio mucho más pequeño que la extensión de toda la fuente. Por lo tanto, debe haber algún mecanismo responsable de su aceleración que opere a lo largo de todo el filamento”.

Este es el resultado de una colaboración que “ha combinado las más avanzadas técnicas de observación radioeléctrica con simulaciones magnetohidrodinámicas de última generación”, observa Annalisa Bonafede, profesora asociada de la Universidad de Bolonia. “Demostrar la existencia de tales campos magnéticos y conocer su intensidad y estructura es una de las cuestiones cruciales para investigar el origen y la evolución de las estructuras a gran escala en el universo. Comparando las observaciones radioeléctricas con las simulaciones numéricas, estimamos que el campo magnético en el filamento que conecta Abell 0399 y Abell 0401 es del orden de cientos de nanoGauss”.

LoFar es un telescopio diseñado para explorar el universo a bajas frecuencias de radio (10 – 240 MHz). Compuesto por más de 25 mil antenas agrupadas en 51 estaciones, tiene su núcleo en los Países Bajos y estaciones repartidas por varios países europeos. Italia se unió al proyecto LoFar en 2018, y en los próximos años el INAF instalará una nueva estación de observación en Medicina, en la provincia de Bolonia. Es un instrumento totalmente digital sin partes móviles. En la práctica, todas las señales son adquiridas de las antenas, digitalizadas, y a través de sistemas dedicados se puede asegurar que el apuntamiento de la zona del cielo elegida se haga electrónicamente.

LoFar es también una herramienta científica y tecnológica preparatoria en Ska, el Square Kilometre Array, que será la herramienta emblemática del futuro próximo. La comunidad científica planea estudiar con muestras Ska de cúmulos de galaxias para entender en detalle cuál es el origen, propiedades y evolución de su campo magnético, y analizar si la emisión revelada en el filamento que conecta Abell 0399 y Abell 0401 es un fenómeno común en el espacio más allá de los cúmulos de galaxias, en los filamentos de la red cósmica.