Abell 1775, Chandra atrapa el tirachinas durante la colisión

Cuando los titanes del espacio, los cúmulos de galaxias, chocan, pueden suceder cosas extraordinarias. Un nuevo estudio que utiliza el Observatorio de rayos X Chandra de la NASA examina las repercusiones después de que dos cúmulos de galaxias chocaran.

Estas imágenes del cúmulo de galaxias Abell 1775 muestran rayos X de Chandra, datos ópticos del telescopio Pan-STARRS en Hawai y datos de radio de LOw Frequency ARray (LOFAR) en los Países Bajos. Se ve una cola del cúmulo fusionado, junto con una región de gas con un borde curvo, llamado "frente frío", que es más denso y frío que el gas en el que está entrando (ver la versión etiquetada). La cola y el frente frío se curvan en la misma dirección, creando una apariencia en espiral. Estas características son el resultado de dos cúmulos de galaxias, las estructuras más grandes unidas por la gravedad, chocando entre sí, uno de los eventos más energéticos del Universo. Crédito: Rayos X: NASA / CXC / Leiden Univ./A. Botteon et al .; Radio: LOFAR / ASTRON; Óptico / IR: PanSTARRS

Los cúmulos de galaxias son las estructuras más grandes del Universo que se mantienen unidas por la gravedad, y contienen cientos o incluso miles de galaxias individuales sumergidas en océanos gigantes de gas sobrecalentado. En los cúmulos de galaxias, la materia normal, como los átomos que forman las estrellas, los planetas y todo lo que hay en la Tierra, se encuentra principalmente en forma de gas caliente y estrellas. La masa del gas caliente entre las galaxias es mucho mayor que la masa de las estrellas en todas las galaxias. Esta materia normal está unida al cúmulo por la gravedad de una masa aún mayor de materia oscura.

Debido a las enormes masas y velocidades involucradas, las colisiones y fusiones entre los cúmulos de galaxias se encuentran entre los eventos más energéticos del Universo.

En un nuevo estudio del cúmulo de galaxias Abell 1775, ubicado a unos 960 millones de años luz de la Tierra, un equipo de astrónomos dirigido por Andrea Botteon de la Universidad de Leiden en los Países Bajos anunció que encontraron un patrón en forma de espiral en los datos de rayos X de Chandra. Estos resultados implican un pasado turbulento para el cúmulo.

Cuando dos cúmulos de galaxias de diferentes tamaños tienen una colisión de pastoreo, el cúmulo más pequeño comenzará a atravesar al más grande. (Debido a su masa superior, el grupo más grande tiene la ventaja en lo que respecta a la atracción gravitacional). A medida que el grupo más pequeño se mueve, su gas caliente se elimina debido a la fricción. Esto deja una estela, o cola, que se arrastra detrás del grupo. Después de que el centro del grupo más pequeño pasa por el centro del más grande, el gas en la cola comienza a encontrar menos resistencia y sobrepasa el centro de su grupo. Esto puede hacer que la cola se "hunda" cuando vuela hacia un lado, curvándose a medida que se aleja del centro del cúmulo.

Los datos más recientes de Chandra contienen evidencia, incluido el brillo de los rayos X y las temperaturas que representan, de una de estas colas curvas "tirachinas". Estudios previos de Abell 1775 con Chandra y otros telescopios insinuaron, pero no confirmaron, que había una colisión en curso en este sistema.

Una nueva imagen de Abell 1775 contiene rayos X de Chandra (azul), datos ópticos del telescopio Pan-STARRS en Hawái (azul, amarillo y blanco) y datos de radio de LOw Frequency ARray (LOFAR) en los Países Bajos (rojo). La cola está etiquetada en esta imagen junto con una región de gas con un borde curvo, llamado "frente frío", que es más denso y frío que el gas en el que se está introduciendo. La cola y el frente frío se curvan en la misma dirección, creando una apariencia en espiral. Una imagen etiquetada separada muestra el campo de visión de los datos de Chandra.

Estas imágenes del cúmulo de galaxias Abell 1775 muestran rayos X de Chandra, datos ópticos del telescopio Pan-STARRS en Hawai y datos de radio de LOw Frequency ARray (LOFAR) en los Países Bajos. Se ve una cola del cúmulo fusionado, junto con una región de gas con un borde curvo, llamado "frente frío", que es más denso y frío que el gas en el que está entrando (ver la versión etiquetada). La cola y el frente frío se curvan en la misma dirección, creando una apariencia en espiral. Estas características son el resultado de dos cúmulos de galaxias, las estructuras más grandes unidas por la gravedad, chocando entre sí, uno de los eventos más energéticos del Universo. Crédito: Rayos X: NASA / CXC / Leiden Univ./A. Botteon et al .; Radio: LOFAR / ASTRON; Óptico / IR: PanSTARRS

Los astrónomos encontraron anteriormente que Abell 1775 contiene un enorme chorro y una fuente de radio, que también se ve en esta nueva imagen compuesta. Este chorro está impulsado por un agujero negro supermasivo en una gran galaxia elíptica en el centro del cúmulo. Los nuevos datos de LOFAR y el radiotelescopio gigante de Metrewave (GMRT) en la India revelan que el chorro de radio tiene en realidad 2,6 millones de años luz de largo. Esto es aproximadamente el doble de lo que los astrónomos pensaban que era antes y lo convierte en uno de los más largos jamás observados en un cúmulo de galaxias. La estructura del chorro cambia abruptamente a medida que cruza hacia el gas de menor densidad en la parte superior de la imagen, cruzando el borde del frente frío, lo que implica que la colisión lo ha afectado.

Según el nuevo estudio, los movimientos de gas dentro del cúmulo podrían ser responsables de otras estructuras detectadas al observar Abell 1775 en ondas de radio, como dos filamentos ubicados cerca del origen del chorro (uno de estos está etiquetado). Los datos de LOFAR y Chandra también han permitido a los investigadores estudiar con gran detalle los fenómenos que contribuyen a acelerar los electrones tanto en el chorro de esta galaxia como en la emisión de radio cerca del centro del cúmulo más grande.

Hay una explicación alternativa para la apariencia del grupo. A medida que un cúmulo pequeño se acerca a uno más grande, el denso gas caliente del cúmulo más grande será atraído por la gravedad. Después de que el grupo más pequeño pasa el centro del otro grupo, la dirección de movimiento del gas del grupo se invierte y viaja hacia el centro del grupo. El gas del racimo se mueve a través del centro nuevamente y "chapotea" hacia adelante y hacia atrás, similar al vino que se derrama en un vaso que se sacudió hacia los lados. El gas chapoteando termina en un patrón en espiral porque la colisión entre los dos cúmulos estaba descentrada.

Los cúmulos de galaxias son los titanes del Universo, las estructuras más grandes unidas por la gravedad. Cuando chocan, crean algunos de los eventos más enérgicos conocidos. Abell 1775 es un sistema a unos 960 millones de años luz de distancia donde chocaron dos cúmulos. El Observatorio de rayos X Chandra de la NASA está ayudando a descubrir la historia completa.

El equipo de Botteon favorece el escenario de la cola de honda, pero un grupo separado de astrónomos dirigido por Dan Hu de la Universidad Jiao Tong de Shanghai en China favorece la explicación de chapoteo basada en datos de Chandra y XMM-Newton de la ESA. Tanto el escenario de tirachinas como el de chapoteo implican una colisión entre dos cúmulos de galaxias. Eventualmente, los dos cúmulos se fusionarán completamente entre sí para formar un cúmulo de galaxias único y más grande.

Se requieren más observaciones y modelos de Abell 1775 para ayudar a decidir entre estos dos escenarios.

Un artículo que describe los resultados del equipo de Botteon se ha publicado en la revista Astronomy and Astrophysics y está disponible en línea. El trabajo separado sobre la teoría del "chapoteo" dirigido por Dan Hu ha sido aceptado para su publicación en The Astrophysical Journal y también está disponible en línea.

El Centro Marshall de Vuelos Espaciales de la NASA administra el programa Chandra. El Centro de Rayos X Chandra del Observatorio Astrofísico Smithsoniano controla la ciencia desde Cambridge, Massachusetts, y las operaciones de vuelo desde Burlington, Massachusetts.

Crédito de rayos X: NASA / CXC / Leiden Univ./A. Botteon et al .; Radio: LOFAR / ASTRON; Óptico / IR: PanSTARRS

• Publicado en Chandra el 15 de julio del 2021, enlace publicación.