Ir audazmente a los cúmulos de galaxias en colisión.

Abell 1033.

En estas imágenes del cúmulo de galaxias Abell 1033 que incluye rayos X de Chandra, emisión de radio de LOFAR y emisión óptica de Sloan Digital Sky Survey, se puede ver un aspecto similar a la icónica nave de la serie de Star Trek "Enterprise". Los científicos han determinado que Abell 1033 son dos cúmulos de galaxias en proceso de colisión. Este evento extraordinariamente energético, que ocurre de arriba a abajo en la imagen, ha producido turbulencias y ondas de choque. Los rayos X de Chandra se colorean en púrpura, la emisión de radio de LOFAR en azul y los datos ópticos de SDSS en color oro se combinaron en esta imagen.

Ocultos en una colisión de cúmulos de galaxias distantes se encuentran fragmentos de gas que se asemejan a la nave estelar Enterprise, una nave espacial icónica de la franquicia "Star Trek".

Los cúmulos de galaxias (estructuras cósmicas que contienen cientos o incluso miles de galaxias) son los objetos más grandes del Universo unidos por la gravedad. El gas multimillonario llena el espacio entre las galaxias individuales. La masa del gas caliente es aproximadamente seis veces mayor que la de todas las galaxias combinadas. Este gas sobrecalentado es invisible para los telescopios ópticos, pero brilla intensamente en los rayos X, por lo que se necesita un telescopio de rayos X como el Observatorio de rayos X Chandra de la NASA para estudiarlo.

USS Enterprise NCC 1701. Crédito: Smithsonian National Air & Space Museum.

Al combinar los rayos X con otros tipos de luz, como las ondas de radio, se puede obtener una imagen más completa de estos importantes objetos cósmicos. Una nueva imagen compuesta del grupo de galaxias Abell 1033, que incluye rayos X de Chandra (púrpura) y emisión de radio de la red de la Matriz de Baja Frecuencia (LOFAR) en los Países Bajos (azul), hace exactamente eso. También se muestra la emisión óptica de Sloan Digital Sky Survey. El cúmulo de galaxias se encuentra a unos 1.600 millones de años luz de la Tierra.

Usando datos de rayos X y radio, los científicos han determinado que Abell 1033 son en realidad dos cúmulos de galaxias en proceso de colisión. Este evento extraordinariamente energético, que ocurre de arriba a abajo en la imagen, ha producido turbulencias y ondas de choque, similares a las explosiones sónicas producidas por un avión que se mueve más rápido que la velocidad del sonido.

En Abell 1033, la colisión ha interactuado con otro proceso cósmico energético: la producción de chorros de partículas de alta velocidad en forma de espiral en un agujero negro supermasivo, en este caso uno ubicado en una galaxia en uno de los grupos. Estos chorros se revelan por emisión de radio a los lados izquierdo y derecho de la imagen. La emisión de radio es producida por electrones en espiral alrededor de las líneas del campo magnético, un proceso llamado emisión de sincrotrón.

El Telescopio Internacional LOFAR. La colección completa de estaciones
internacionales, estaciones remotas y centrales se conoce como el telescopio
internacional LOFAR (ILT). Consta de 11 "Estaciones internacionales", con 5 en Alemania,
3 en Polonia y 1 estación en Francia, Suecia y el Reino Unido (I-LOFAR será la 12ª estación),
que se muestra a continuación. En los Países Bajos hay estaciones remotas y un núcleo
central de seis estaciones conocidas como 'Superterp' (que se muestra arriba), compuestas
de ellos por dipolos de 2 × 48 LBA, y 2 × 24 placas de HBA, y también 24 "estaciones
centrales" compuesta de 2 × 48 dipolos LBA, y 2 × 24 mosaicos HBA, y 16 "estaciones
remotas" conformadas por 2 × 48 dipolos LBA, y 48 mosaicos HBA.
http://lofar.ie/technology/

Los electrones en los chorros viajan muy cerca de la velocidad de la luz. A medida que la galaxia y su agujero negro se movían hacia la parte inferior de la imagen, el chorro de la derecha se desaceleró al estrellarse contra el gas caliente en el otro grupo de galaxias. El chorro de la izquierda no disminuyó la velocidad porque encontró mucho menos gas caliente, lo que dio una apariencia deformada para los chorros, en lugar de la línea recta que se ve normalmente.

Esta imagen de Abell 1033 también proporciona un ejemplo de "pareidolia", un fenómeno psicológico donde se ven formas y patrones familiares en datos de otro modo aleatorios. En Abell 1033, las estructuras en los datos crean una extraña semejanza con muchas de las representaciones de la ficticia Starship Enterprise de Star Trek.

En términos de investigación astrofísica, un estudio detallado de la imagen muestra que la energía de los electrones en la "sección de platillo" y el cuello de la emisión de radio en forma de nave estelar en Abell 1033 es mayor que la que se encuentra en la sección de stardrive hacia la parte inferior izquierda (imagen de la entrada). Esto sugiere que los electrones se han vuelto a activar, presumiblemente cuando los chorros interactúan con la turbulencia o las ondas de choque en el gas caliente. Los electrones energéticos que producen la emisión de radio normalmente perderán cantidades sustanciales de energía de decenas a cientos de millones de años a medida que se irradian. La emisión de radio sería entonces indetectable. Sin embargo, la emisión de radio ampliamente extendida observada en Abell 1033, que se extiende a lo largo de unos 500.000 años luz, implica que los electrones energéticos están presentes en cantidades más grandes y con energías más altas de lo que se pensaba anteriormente. Una idea es que a los electrones se les ha dado un nuevo impulso en la energía por episodios adicionales de choques y turbulencia.

Otras fuentes de emisión de radio en la imagen, además del objeto con forma de nave espacial, son los chorros más cortos de otra galaxia (etiquetados como "chorros cortos") y un "phoenix de radio" que consiste en una nube de electrones que se desvaneció en la emisión de radio, pero luego se volvió a activar cuando las ondas de choque comprimieron la nube. Esto hizo que la nube brillara una vez más en las frecuencias de radio, como informamos en 2015.

El telescopio Chandra de rayos X  de la NASA.

El equipo que realizó este estudio utilizará las observaciones con Chandra y LOFAR para buscar ejemplos adicionales de cúmulos de galaxias en colisión con emisión de radio distorsionada, para promover su comprensión de estos objetos energéticos.

Un documento que describe este resultado se publicó en el número del 4 de octubre de 2017 de Science Advances y está disponible en línea. Los autores del artículo son Francesco de Gasperin, Huib Intema, Timothy Shimwell (Universidad de Leiden, Países Bajos), Gianfranco Brunetti (Instituto de Radioastronomía, Italia), Marcus Bruggen (Universidad de Hamburgo, Alemania), Torsten Enblin (Instituto Max Planck) para Astrofísica, Alemania), Reinout van Weeren (Leiden), Annalisa Bonafede (Hamburgo) y Huub Rottgering (Leiden).

El Centro Marshall de Vuelos Espaciales de la NASA en Huntsville, Alabama, administra el programa Chandra para la Dirección de Misiones Científicas de la NASA en Washington. El Smithsonian Astrophysical Observatory en Cambridge, Massachusetts, controla la ciencia y las operaciones de vuelo de Chandra.

Un vistazo rápido a Abell 1033.

Una nueva imagen con datos del Observatorio de rayos X Chandra de la NASA puede tener admiradores de ciencia ficción haciendo una doble toma. Esta vista del cúmulo de galaxias Abell 1033 combina los rayos X de Chandra con la emisión de radio de una red de telescopios en los Países Bajos llamada LOFAR. El resultado es una imagen que tiene un extraño parecido con la empresa Starship Enterprise de la franquicia Star Trek. De hecho, Abell 1033 es el sitio de dos cúmulos de galaxias que se fusionan, que son las estructuras más grandes del Universo unidas por la gravedad. Los estudios de Abell 1033 y otros cúmulos de galaxias que se fusionan ayudan a los científicos a comprender mejor la física que ocurre cuando chocan estos gigantes cósmicos.

Creditos:

X-ray: NASA/CXC/Leiden Univ./F. de Gasperin et al;

Optical: SDSS;

Radio: LOFAR/ASTRON, NCRA/TIFR/GMRT

• Publicado el 15 de noviembre del 2.018, enlace publicación.