Abell 2256: Desenredando un nudo de cúmulos de galaxias

Los astrónomos han capturado una espectacular colisión en curso entre al menos tres cúmulos de galaxias. Los datos del Observatorio de rayos X Chandra de la NASA, el XMM-Newton de la ESA (Agencia Espacial Europea) y un trío de radiotelescopios están ayudando a los astrónomos a resolver lo que está sucediendo en esta escena confusa. Colisiones y fusiones como esta son la principal forma en que los cúmulos de galaxias pueden convertirse en los gigantescos edificios cósmicos que se ven hoy. Estos también actúan como los aceleradores de partículas más grandes del universo.

Los datos de Chandra, XMM-Newton y tres radiotelescopios (LOFAR, GMRT y VLA) están ayudando a los astrónomos a comprender una colisión en curso de al menos tres cúmulos de galaxias. Estas imágenes muestran datos de rayos X y radio, además de datos ópticos e infrarrojos de Pan-STARRS. Los rayos X revelan el gas sobrecalentado dentro de los cúmulos, mientras que la emisión de radio surge de un conjunto complejo de fuentes que incluyen partículas que salen disparadas de los agujeros negros supermasivos. Esta escena confusa de fusiones y colisiones representa la forma principal en que los cúmulos de galaxias se convierten en algunas de las estructuras más grandes del Universo. Crédito: Rayos X: Chandra: NASA/CXC/Univ. de Bolonia/K. Rajpurohit y col.; XMM-Newton: ESA/XMM-Newton/Univ. de Bolonia/K. Rajpurohit et al. Radio: LOFAR: LOFAR/ASTRON; GMRT: NCRA/TIFR/GMRT; VLA: NSF/NRAO/VLA; Óptico/IR: Pan-STARRS

El cúmulo de galaxias gigantes que se forma a partir de esta colisión es Abell 2256, ubicado a 780 millones de años luz de la Tierra. Esta imagen compuesta de Abell 2256 combina rayos X de Chandra y XMM en azul con datos de radio recopilados por el radiotelescopio gigante de ondas métricas (GMRT), la matriz de baja frecuencia (LOFAR) y la matriz muy grande Karl G. Jansky (VLA) todo en rojo, además de datos ópticos e infrarrojos de Pan-STARR en blanco y amarillo pálido.

Los astrónomos que estudian este objeto están tratando de descubrir qué ha llevado a esta estructura de aspecto inusual. Cada telescopio cuenta una parte diferente de la historia. Los cúmulos de galaxias son algunos de los objetos más grandes del universo que contienen cientos o incluso miles de galaxias individuales. Además, contienen enormes depósitos de gas sobrecalentado, con temperaturas de varios millones de grados Fahrenheit. Solo los telescopios de rayos X como Chandra y XMM pueden ver este gas caliente. Una versión etiquetada de la figura muestra el gas de dos de los cúmulos de galaxias, con el tercero mezclado demasiado cerca para separarse de los demás.

La emisión de radio en este sistema surge de un conjunto de fuentes aún más complejo. El primero son las propias galaxias, en las que la señal de radio es generada por partículas que se disparan en chorros desde agujeros negros supermasivos en sus centros. Estos chorros se disparan al espacio en líneas rectas y estrechas (aquellas etiquetadas como "C" e "I" en la imagen anotada, utilizando el sistema de nombres del astrónomo) o se ralentizan a medida que los chorros interactúan con el gas con el que se topan, creando formas complejas. y filamentos ("A", "B" y "F"). La fuente F contiene tres fuentes, todas creadas por un agujero negro en una galaxia que se alinea con la fuente más a la izquierda de este trío.

Las ondas de radio también provienen de enormes estructuras filamentosas (etiquetadas como "reliquia"), en su mayoría ubicadas al norte de las galaxias emisoras de radio, probablemente generadas cuando la colisión creó ondas de choque y aceleró partículas en el gas a lo largo de más de dos millones de años luz. Un artículo que analiza esta estructura fue publicado a principios de este año por Kamlesh Rajpurohit de la Universidad de Bolonia en Italia en la edición de marzo de 2022 de The Astrophysical Journal, y está disponible en línea. Este es el Documento I de una serie en curso que estudia diferentes aspectos de este sistema de cúmulos de galaxias en colisión.

Los datos de Chandra, XMM-Newton y tres radiotelescopios (LOFAR, GMRT y VLA) están ayudando a los astrónomos a comprender una colisión en curso de al menos tres cúmulos de galaxias. Estas imágenes muestran datos de rayos X y radio, además de datos ópticos e infrarrojos de Pan-STARRS. Los rayos X revelan el gas sobrecalentado dentro de los cúmulos, mientras que la emisión de radio surge de un conjunto complejo de fuentes que incluyen partículas que salen disparadas de los agujeros negros supermasivos. Esta escena confusa de fusiones y colisiones representa la forma principal en que los cúmulos de galaxias se convierten en algunas de las estructuras más grandes del Universo. Crédito: Rayos X: Chandra: NASA/CXC/Univ. de Bolonia/K. Rajpurohit y col.; XMM-Newton: ESA/XMM-Newton/Univ. de Bolonia/K. Rajpurohit et al. Radio: LOFAR: LOFAR/ASTRON; GMRT: NCRA/TIFR/GMRT; VLA: NSF/NRAO/VLA; Óptico/IR: Pan-STARRS

Finalmente, hay un "halo" de emisión de radio ubicado cerca del centro de la colisión. Debido a que este halo se superpone con la emisión de rayos X y es más tenue que la estructura filamentosa y las galaxias, se ha producido otra imagen de radio para enfatizar la débil emisión de radio. El artículo II dirigido por Rajpurohit, publicado recientemente en la revista Astronomy and Astrophysics y disponible en línea, presenta un modelo de que la emisión de halo puede ser causada por la reaceleración de partículas por cambios rápidos en la temperatura y densidad del gas como la colisión y fusión de los racimos proceden. Sin embargo, este modelo no puede explicar todas las características de los datos de radio, lo que destaca la necesidad de un estudio más teórico de este y otros objetos similares.

El artículo III de Rajpurohit y sus colaboradores estudiará las galaxias que producen ondas de radio en Abell 2256. Este cúmulo contiene un número inusualmente grande de galaxias de este tipo, posiblemente porque la colisión y la fusión están provocando el crecimiento de agujeros negros supermasivos y las consiguientes erupciones. Más detalles sobre la imagen LOFAR de Abell 2256 se informarán en un próximo artículo de Erik Osinga.

La lista completa de coautores de los artículos I y II incluye investigadores de la Universidad de Bolonia, Italia (Franco Vazza, Annalisa Bonafede, Andrea Botteon, Christopher J. Riseley, Paola Domínguez-Fernández, Chiara Stuardi y Daniele Dallacasa); Observatorio de Leiden, Universidad de Leiden, Países Bajos (Erik Osinga, Reinout J. van Weeren, Timothy Shimwell, Huub Röttgering y George Miley); Thüringer Landessternwarte, Tautenburg, Alemania (Matthias Hoeft y Alexander Drabent); INAF-Istituto di Radio Astronomia, Bolonia, Italia (Gianfranco Brunetti y Rossella Cassano); Hamburger Sternwarte, Alemania (Denis Wittor, Marcus Brüggen y Francesco de Gasperin); Osservatorio di Astrofisica e Scienza dello Spazio di Bologna, Italia (Marisa Brienza); Centro de Astrofísica, Harvard | Smithsonian (William Forman); Fundición Molecular, Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley, Berkeley (Sangeeta Rajpurohit); Laboratorio de Investigación Física, Ahmedabad, India (Arvind Singh Rajpurohit); Universität Würzburg, Würzburg, Alemania (Etienne Bonnassieux), e INAF–IASF Milano, Italia (Mariachiara Rossetti).

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: Chandra: NASA/CXC/Univ. de Bolonia/K. Rajpurohit y col.; XMM-Newton: ESA/XMM-Newton/Univ. de Bolonia/K. Rajpurohit et al. Radio: LOFAR: LOFAR/ASTRON; GMRT: NCRA/TIFR/GMRT; VLA: NSF/NRAO/VLA; Óptico/IR: Pan-STARRS

Descripción visual de la cabecera de la entrada

Esta versión presenta una imagen compuesta de al menos tres cúmulos de galaxias que chocan en una escena desordenada. El cúmulo de galaxias gigantes resultante, conocido como Abell 2256, se asemeja a una nube azul cielo granulada y pixelada coronada con mechones de cabello rojo llameante. La nube está adornada con formas y rayas rojas, y contrasta con un fondo negro muy salpicado de motas de colores. La imagen combina datos de rayos X, radio, ópticos e infrarrojos. En esta versión, la imagen compuesta se presenta con y sin etiquetas.

Cerca de nuestra parte inferior izquierda se encuentra la nube azul cielo de forma ovalada pixelada con puntos blancos. Este es el centro del cúmulo de galaxias combinadas. La nube azul muestra enormes depósitos de gas sobrecalentado, con temperaturas de varios millones de grados Fahrenheit.

Saliendo disparado del cúmulo gigante, en ángulo hacia nuestra parte superior central derecha, hay una línea roja delgada y recta etiquetada como C. Este es un jet; una corriente de partículas que sale disparada de un agujero negro gigante. Un segundo chorro, mucho más corto, denominado I, cruza la punta del primer chorro cerca del lado derecho de la imagen.

En el grupo gigante, en el lado derecho, hay varias formas irregulares. Uno, etiquetado como A, se parece a un frijol blanco brillante con un contorno rojo. Junto a él, etiquetado como B, hay una maraña de formas rojas superpuestas que cuelgan del fondo de la nube. Estos son filamentos, el resultado de chorros que interactúan con el gas. Se pueden encontrar otros tres filamentos rojos irregulares a nuestra izquierda, justo fuera del cúmulo gigante.

En el borde superior derecho del cúmulo gigante de forma ovalada hay amplias láminas de color rojo, que se asemejan a llamas que lamen o mechones de cabello rojo. Estas reliquias son el resultado de ondas de choque, probablemente generadas por la colisión de gas de los diferentes cúmulos.

Publicado en Chandra el 30 de enero del 2023, enlace publicación.