Una nube de partículas de 20 millones de años luz desafía teorías

Astrónomos han descubierto la mayor nube conocida de partículas energéticas que rodea un cúmulo de galaxias, con una extensión de casi 20 millones de años luz.

Este hallazgo desafía las teorías tradicionales sobre cómo las partículas se mantienen energizadas a lo largo del tiempo. En lugar de ser impulsada por galaxias cercanas, esta vasta región parece estar energizada por gigantescas ondas de choque y turbulencias que se mueven a través del gas caliente entre galaxias.

Los resultados del nuevo estudio, dirigido por científicos del Centro de Astrofísica | Harvard & Smithsonian (CfA), se presentaron en una conferencia de prensa durante la 246.ª reunión de la Sociedad Astronómica Americana (AAS 2025), celebrada en Anchorage, Alaska. El artículo se ha enviado a The Astrophysical Journal y está disponible en el servidor de preimpresión de arXiv.

Ubicado a 5.000 millones de años luz de la Tierra, PLCK G287.0+32.9 es un cúmulo de galaxias masivo que ha despertado el interés de los astrónomos desde su detección en 2011. Estudios anteriores detectaron dos reliquias brillantes: ondas de choque gigantes que iluminaban los bordes del cúmulo. Sin embargo, no detectaron la vasta y tenue emisión de radio que llena el espacio entre ellas. Nuevas imágenes de radio revelan que todo el cúmulo está envuelto en un tenue resplandor de radio, casi 20 veces el diámetro de la Vía Láctea, lo que sugiere que algo mucho más grande y poderoso está en acción.

"Esperábamos un par de reliquias brillantes en los bordes del cúmulo, lo que habría coincidido con observaciones previas, pero en cambio encontramos que todo el cúmulo brillaba en luz de radio", declaró en un comunicado el autor principal, el Dr. Kamlesh Rajpurohit, astrónomo del Smithsonian en el CfA. "Nunca se había observado una nube de partículas energéticas de este tamaño en este cúmulo de galaxias ni en ningún otro". El anterior poseedor del récord, Abell 2255, se extiende aproximadamente 16,3 millones de años luz.

En las profundidades de la región central del cúmulo, el equipo detectó un halo de radio de aproximadamente 11,4 millones de años luz de diámetro, el primero de este tamaño observado a 2,4 GHz, una frecuencia de radio donde halos de este tamaño no suelen ser visibles. Los hallazgos plantean interrogantes para el equipo, ya que proporcionan una sólida evidencia de la presencia de electrones de rayos cósmicos y campos magnéticos que se extienden hasta la periferia de los cúmulos. Sin embargo, aún no está claro cómo estos electrones se aceleraron a distancias tan grandes.

"Los halos de radio muy extensos suelen ser visibles solo a frecuencias más bajas porque los electrones que los producen han perdido energía; son viejos y se han enfriado con el tiempo", afirmó Rajpurohit. Con el descubrimiento de este enorme halo, observamos emisiones de radio que se extienden entre las ondas de choque gigantes y más allá, llenando todo el cúmulo.

Eso sugiere que algo está acelerando o reacelerando activamente los electrones, pero ninguna de las sospechas habituales es válida. Creemos que las ondas de choque gigantes o la turbulencia podrían ser las responsables, pero necesitamos más modelos teóricos para encontrar una respuesta definitiva.

El descubrimiento ofrece a los investigadores una nueva forma de estudiar los campos magnéticos cósmicos -una de las principales preguntas sin respuesta en astrofísica- que podría ayudar a los científicos a comprender cómo los campos magnéticos moldean el universo a gran escala.

"Estamos empezando a ver el universo de maneras que nunca antes habíamos podido", dijo Rajpurohit. "Y eso significa replantear cómo la energía y la materia se mueven a través de sus estructuras más grandes".

Las observaciones con el Observatorio de rayos X Chandra de la NASA, operado por el Observatorio Astrofísico Smithsoniano, revelan una estructura en forma de caja, una cola similar a la de un cometa y varias otras características distintivas en el gas caliente del cúmulo, lo que sugiere que el cúmulo está muy perturbado.

Algunas de estas características de rayos X coinciden con estructuras detectadas por radio, lo que sugiere choques gigantes y turbulencia impulsados por fusiones que aceleran o reaceleran electrones. En el centro del cúmulo, algunas de estas características podrían estar causadas por... fusión de dos cúmulos de galaxias más pequeños, o de estallidos producidos por un agujero negro supermasivo, o ambos.