Abell 2146: colisiones colosales vinculadas a la ciencia del sistema solar

Un nuevo estudio muestra una profunda conexión entre algunos de los eventos más grandes y energéticos del Universo y otros mucho más pequeños y débiles impulsados ​​por nuestro propio Sol.

Los resultados provienen de una larga observación con el Observatorio de rayos X Chandra de la NASA de Abell 2146, un par de cúmulos de galaxias en colisión ubicados a unos 2.800 millones de años luz de la Tierra. El nuevo estudio fue dirigido por Helen Russell de la Universidad de Nottingham en el Reino Unido.

Imágenes ópticas y de rayos X de Abell 2146. En estas imágenes de dos cúmulos de galaxias fusionados conocidos como Abell 2146, los rayos X de Chandra muestran gas caliente mientras que los datos ópticos del telescopio Subaru en Hawai revelan galaxias individuales. Un grupo se mueve hacia la parte inferior izquierda y se abre paso a través del otro grupo. El gas caliente en el primero está expulsando una onda de choque, como un estampido sónico generado por un chorro supersónico, mientras choca con el gas caliente en el otro grupo. Un estudio muestra una conexión profunda entre esta colisión de cúmulos de galaxias, que se encuentra entre los eventos más grandes y energéticos del Universo, y otros mucho más pequeños y débiles impulsados por nuestro propio Sol. Crédito: Rayos X: NASA/CXC/Univ. de Nottingham/H. Russell y col.; Óptica: NAOJ/Subaru.

Los cúmulos de galaxias contienen cientos de galaxias y enormes cantidades de gas caliente y materia oscura y se encuentran entre las estructuras más grandes del Universo. Las colisiones entre cúmulos de galaxias liberan enormes cantidades de energía como nunca antes se ha visto desde el Big Bang y proporcionan a los científicos laboratorios de física que no están disponibles aquí en la Tierra.

En esta imagen compuesta de Abell 2146, los datos de rayos X de Chandra (púrpura) muestran gas caliente y los datos ópticos del Telescopio Subaru muestran galaxias (roja y blanca). Un grupo (etiquetado como n.° 2) se mueve hacia la parte inferior izquierda en la dirección que se muestra y atraviesa el otro grupo (n.° 1). El gas caliente en el primero está expulsando una onda de choque, como un estampido sónico generado por un chorro supersónico, mientras choca con el gas caliente en el otro grupo.

La onda de choque tiene una longitud de aproximadamente 1,6 millones de años luz y se ve más fácilmente en una versión de la imagen de rayos X que ha sido procesada para enfatizar las características nítidas. También están etiquetados el núcleo central de gas caliente en el grupo n. ° 2 y la cola de gas que ha dejado atrás. Se ve una segunda onda de choque de tamaño similar detrás de la colisión. Este tipo de características, denominadas "shock aguas arriba", surgen de la compleja interacción del gas despojado del cúmulo que cae y el gas del cúmulo circundante. También se etiqueta la galaxia más brillante y masiva de cada cúmulo.

Las ondas de choque como las generadas por un chorro supersónico son choques de colisión, que implican colisiones directas entre partículas. En la atmósfera de la Tierra cerca del nivel del mar, las partículas de gas normalmente viajan solo alrededor de 4 millonésimas de pulgada antes de chocar con otra partícula.

Imágenes ópticas y de rayos X de Abell 2146 etiquetado. En estas imágenes de dos cúmulos de galaxias fusionados conocidos como Abell 2146, los rayos X de Chandra muestran gas caliente mientras que los datos ópticos del telescopio Subaru en Hawai revelan galaxias individuales. Un grupo se mueve hacia la parte inferior izquierda y se abre paso a través del otro grupo. El gas caliente en el primero está expulsando una onda de choque, como un estampido sónico generado por un chorro supersónico, mientras choca con el gas caliente en el otro grupo. Un estudio muestra una conexión profunda entre esta colisión de cúmulos de galaxias, que se encuentra entre los eventos más grandes y energéticos del Universo, y otros mucho más pequeños y débiles impulsados por nuestro propio Sol. Crédito: Rayos X: NASA/CXC/Univ. de Nottingham/H. Russell y col.; Óptica: NAOJ/Subaru.

Por el contrario, en los cúmulos de galaxias y en el viento solar (corrientes de partículas expulsadas del Sol), las colisiones directas entre partículas ocurren muy raramente como para producir ondas de choque porque el gas es muy difuso, con una densidad increíblemente baja. Por ejemplo, en los cúmulos de galaxias, las partículas normalmente deben viajar entre 30 000 y 50 000 años luz antes de colisionar. En cambio, los choques en estos entornos cósmicos son "sin colisiones", generados por interacciones entre partículas cargadas y campos magnéticos.

Chandra observó Abell 2146 durante un total de aproximadamente 23 días, lo que proporcionó la imagen de rayos X más profunda obtenida hasta ahora de frentes de choque en un cúmulo de galaxias. Los dos frentes de choque en Abell 2146 se encuentran entre los frentes de choque más brillantes y claros conocidos entre los cúmulos de galaxias.

Usando estos poderosos datos, Russell y su equipo estudiaron la temperatura del gas detrás de las ondas de choque en Abell 2146. Demostraron que los electrones han sido calentados principalmente por la compresión del gas por el choque, un efecto como el que se observa en el viento solar. El resto del calentamiento se produjo por colisiones entre partículas. Debido a que el gas es tan difuso, este calentamiento adicional tuvo lugar lentamente, durante unos 200 millones de años.

Chandra crea imágenes tan nítidas que en realidad puede medir cuántos movimientos de gas aleatorios están desdibujando el frente de choque que, según la teoría, se espera que sea mucho más estrecho. Para este grupo, miden movimientos de gas aleatorios de alrededor de 650,000 millas por hora.

Imagen de Chandra con procesamiento especial. Una versión de la imagen de rayos X que ha sido procesada para enfatizar las características nítidas. El gas caliente en el cúmulo de galaxias #2 está expulsando una onda de choque, como un estampido sónico generado por un chorro supersónico, mientras choca con el gas caliente en el cúmulo de galaxias #1. También están etiquetados el núcleo central de gas caliente en el grupo #2 y la cola de gas que ha dejado atrás. Se ve una segunda onda de choque de tamaño similar detrás de la colisión. Este tipo de características, denominadas "shock aguas arriba", surgen de la compleja interacción del gas despojado del cúmulo que cae y el gas del cúmulo circundante. Crédito: Rayos X: NASA/CXC/Univ. de Nottingham/H. Russell y col.; Óptica: NAOJ/Subaru

Las ondas de choque sin colisión son importantes en varios otros campos de investigación. Por ejemplo, la radiación producida por los choques en el viento solar puede afectar negativamente la operación de la nave espacial, así como la seguridad de los humanos en el espacio.

The Monthly Notices of the Royal Astronomical Society aceptó un artículo que describe estos resultados y aparece en línea. Los autores son Helen Russell (Universidad de Nottingham, Reino Unido), Paul Nulsen (Centro de Astrofísica de Harvard | Smithsonian, o CfA), Damiano Caprioli (Universidad de Chicago), Urmila Chadayammuri (CfA), Andy Fabian (Universidad de Cambridge, Reino Unido ), Matthew Kunz (Universidad de Princeton), Brian McNamara (Universidad de Waterloo, Canadá), Jeremy Sanders (Instituto Max Planck de Física Extraterrestre, Alemania), Annabelle Richard-Laferriere (Universidad de Cambridge, Reino Unido), Maya Beleznay (Instituto de Tecnología), Becky Canning (Universidad de Portsmouth, Reino Unido), Julie Hlavacek-Larrondo (Universidad de Montreal, Canadá) y Lindsay King (Universidad de Texas en Dallas).

Las colisiones de cúmulos de galaxias son algunos de los eventos más energéticos del Universo. Un nuevo estudio analiza la colisión del cúmulo de galaxias llamada Abell 2146. El Observatorio de rayos X Chandra de la NASA analizó detenidamente esta colisión. Los científicos determinaron que existe una conexión con los estallidos impulsados por el sol.

El Centro de Vuelo Espacial Marshall de la NASA administra el programa Chandra. El Centro de rayos X Chandra del Observatorio Astrofísico Smithsonian controla las operaciones científicas desde Cambridge, Massachusetts, y las operaciones de vuelo desde Burlington, Massachusetts.

Crédito de rayos X: NASA/CXC/Univ. de Nottingham/H. Russell y col.; Óptica: NAOJ/Subaru

• Publicado en Chandra el 7 de junio del 2022, enlace publicación.