Durante décadas, los astrónomos han estado desconcertados por la existencia de estructuras gigantescas y débiles en el espacio conocidas como “reliquias de radio”. Estos arcos fantasmales, que se extienden a lo largo de millones de años luz a lo largo de cúmulos de galaxias, son restos de violentas colisiones entre estos gigantes cósmicos. Ahora, nuevas simulaciones de alta resolución realizadas por el Instituto Leibniz de Astrofísica de Potsdam (AIP) en Alemania finalmente parecen descifrar el código detrás de su peculiar comportamiento.
El misterio de las reliquias de radio
Las reliquias de radio se forman cuando las ondas de choque de cúmulos de galaxias en colisión aceleran los electrones a una velocidad cercana a la de la luz, emitiendo ondas de radio difusas. Estas estructuras son comunes, pero las observaciones han revelado inconsistencias que desafiaron los modelos teóricos existentes: campos magnéticos más fuertes de lo esperado, intensidades de choque variables medidas en radio versus luz de rayos X, e incluso choques que parecían demasiado débiles para acelerar los electrones.
Por qué esto es importante: Las colisiones de cúmulos de galaxias se encuentran entre los eventos más energéticos del universo y dan forma a la evolución de las galaxias dentro de ellos. Comprender cómo se forman las reliquias revela procesos fundamentales que funcionan cuando las estructuras chocan a escalas cosmológicas.
Un gran avance en simulación a múltiples escalas
El gran avance del equipo de AIP provino del uso de simulaciones que abarcaron múltiples escalas. Primero modelaron las colisiones de cúmulos de galaxias a lo largo de miles de millones de años y luego se centraron en la física de las ondas de choque individuales que interactúan con las turbulentas afueras de estos cúmulos. Este enfoque les permitió reproducir las características de las reliquias observadas con una precisión sin precedentes.
Hallazgos clave: campos magnéticos amplificados
Las simulaciones muestran que los campos magnéticos en las reliquias no sólo se fortalecen con la onda de choque inicial, sino que se amplifican aún más cuando el choque choca con otros choques creados por la caída de la red cósmica de gas. Esta colisión comprime el plasma en densas láminas, generando turbulencias que retuercen y comprimen los campos magnéticos mucho más allá de lo que podría lograr un solo choque.
Discrepancias resueltas: mediciones de radio versus rayos X
El equipo también explicó por qué difieren las mediciones de fuerza de choque por radio y rayos X. Las simulaciones revelaron que los choques atraviesan densos cúmulos de gas, creando regiones localizadas de intensa aceleración. Estos parches compactos dominan la señal de radio, mientras que los telescopios de rayos X miden la fuerza promedio del impacto, incluidas las regiones más débiles, lo que explica las discrepancias.
El papel de la turbulencia
Las simulaciones también muestran que las ondas de choque no sólo aceleran los electrones de manera uniforme. La turbulencia juega un papel crucial, torciendo y comprimiendo los campos magnéticos a las intensidades observadas. Esta turbulencia es creada por las ondas de choque que chocan entre sí, creando una vorágine cósmica.
“Todo el mecanismo genera turbulencias, girando y comprimiendo el campo magnético hasta las intensidades observadas, resolviendo así el primer enigma”, dijo Christoph Pfrommer del AIP.
El futuro de la investigación de reliquias
El éxito del equipo AIP abre nuevas vías para estudiar estas enigmáticas estructuras. Combinando simulaciones cosmológicas a gran escala con modelos de tubos de choque de alta resolución, han superado un obstáculo importante en la comprensión de la física de las colisiones de cúmulos de galaxias. Es probable que investigaciones futuras se basen en este trabajo para desentrañar los misterios restantes que rodean a las reliquias de radio, proporcionando conocimientos más profundos sobre los eventos más grandes y energéticos del universo.
Las simulaciones confirman que las partes localizadas más fuertes del frente de choque producen la mayor parte de la emisión de radio. Después de todo, las bajas resistencias promedio deducidas de los rayos X no representan ninguna amenaza para la física subyacente.
