Los astrónomos han descubierto enormes características de radio circular de origen desconocido alrededor de algunas galaxias. Ahora, nuevas observaciones de una apodada Cloverleaf sugieren que fue creada por grupos de galaxias en conflicto.
El estudio de estas estructuras, denominadas colectivamente ORC (círculos de radio impar), con un tipo diferente de luz ofreció a los científicos la oportunidad de investigar todo, desde ondas de choque supersónicas hasta el comportamiento de los agujeros negros.
“Esta es la primera vez que alguien ha visto una emisión de rayos X asociada con un ORC”, dijo Esra Bulbul, astrofísica del Instituto Max Planck de Física Extraterrestre en Garching, Alemania, quien dirigió el estudio. “Era la clave que faltaba para desbloquear el secreto de la formación de Cloverleaf”.
El 30 de abril se publicó un artículo que describe los resultados en Astronomy and Astrophysics Letters.
Un descubrimiento fortuito
Hasta 2021, nadie sabía que existían los ORC. Gracias a la tecnología mejorada, los estudios de radio se volvieron lo suficientemente sensibles como para captar señales tan débiles. En el transcurso de unos años, los astrónomos descubrieron ocho de estas extrañas estructuras esparcidas aleatoriamente más allá de nuestra galaxia. Cada uno es lo suficientemente grande como para envolver una galaxia entera (a veces varias).
“La energía necesaria para producir una emisión de radio tan expansiva es muy fuerte”, dijo Bulbul. “Algunas simulaciones pueden reproducir sus formas pero no su intensidad. Ninguna simulación explica cómo crear ORC”.
Cuando Bulbul se enteró de que los ORC no se habían estudiado en luz de rayos X, ella y el investigador postdoctoral Xiaoyuan Zhang comenzaron a analizar datos de eROSITA (Extended Roentgen Survey with an Imaging Telescope Array), un telescopio de rayos X en órbita alemán/ruso. Notaron algunas emisiones de rayos X que parecían provenir de Cloverleaf, basándose en menos de 7 minutos de tiempo de observación.
Eso les dio argumentos lo suficientemente sólidos para reunir un equipo más grande y asegurar tiempo adicional de telescopio con XMM-Newton, una misión de la ESA (Agencia Espacial Europea) con contribuciones de la NASA.
“Nos asignaron unas cinco horas y media y los datos llegaron una tarde de noviembre”, dijo Bulbul. “Se lo envié a Xiaoyuan, y él vino a mi oficina a la mañana siguiente y dijo: ‘Detección’, ¡y comencé a animarlo!
“Tuvimos mucha suerte”, dijo Zhang. “Vimos varias fuentes puntuales de rayos X plausibles cerca del ORC en las observaciones de eROSITA, pero no la emisión expandida que vimos con XMM-Newton. “Resulta que las fuentes de eROSITA no podrían haber sido de Cloverleaf, pero fueron lo suficientemente convincentes como para que echáramos un vistazo más de cerca”.
Galaxias galivantes
La emisión de rayos X sigue la distribución del gas dentro del grupo de galaxias, como una cinta policial alrededor de la escena de un crimen. Al ver cómo se ha perturbado ese gas, los científicos determinaron que las galaxias incrustadas en Cloverleaf son en realidad miembros de dos grupos separados que se acercaron lo suficiente como para fusionarse. La temperatura de la emisión también indica el número de galaxias involucradas.
Cuando las galaxias se unen, su mayor masa combinada aumenta su gravedad. El gas circundante comienza a caer hacia adentro, lo que calienta el gas que cae. Cuanto mayor es la masa del sistema, más caliente se vuelve el gas.
Según el espectro de rayos X de la emisión, ronda los 15 millones de grados Fahrenheit, o entre 8 y 9 millones de grados Celsius. “Esa medición nos permite deducir que Cloverleaf ORC está albergado por alrededor de una docena de galaxias que han gravitado juntas, lo que concuerda con lo que vemos en imágenes de luz visible profunda”, dijo Zhang.
El equipo propone que la fusión produjo ondas de choque que aceleraron las partículas para crear emisiones de radio.
“Las galaxias interactúan y se fusionan todo el tiempo”, dijo Kim Weaver, científica del proyecto XMM-Newton de la NASA en el Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, que no participó en el estudio. “Pero la fuente de las partículas aceleradas no está clara. “Una idea fascinante para la poderosa señal de radio es que los agujeros negros supermasivos residentes pasaron por episodios de actividad extrema en el pasado, y los electrones reliquias de esa antigua actividad fueron reacelerados por este evento de fusión”.
Si bien las fusiones de grupos de galaxias son comunes, los ORC son muy raros. Y todavía no está claro cómo estas interacciones pueden producir emisiones de radio tan fuertes.
“Las fusiones constituyen la columna vertebral de la formación de estructuras, pero hay algo especial en este sistema que dispara la emisión de radio”, dijo Bulbul. “No podemos decir en este momento qué es, por lo que necesitamos más datos y más profundos tanto de radiotelescopios como de rayos X”.
El equipo resolvió el misterio de la naturaleza del ORC Cloverleaf, pero también abrió preguntas adicionales. Planean estudiar Cloverleaf con más detalle para encontrar respuestas.
“Podemos aprender mucho de observaciones más exhaustivas porque estas interacciones abarcan todo tipo de ciencia”, dice Weaver. “Prácticamente tienes todo lo que tratamos en el cosmos reunido en este pequeño paquete. Es como un mini universo”.
Para obtener más información sobre la misión XMM-Newton de la ESA, visite:
https://science.nasa.gov/mission/xmm-newton/
Por Ashley Balzer
Centro de vuelos espaciales Goddard de la NASAGreenbelt, Maryland.
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El Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA, Greenbelt, Maryland.
