Nueva información sobre las grandes estructuras cósmicas
Los cúmulos de galaxias son algunas de las estructuras más grandes del universo y se mantienen unidas por la gravedad. Contienen cientos o miles de galaxias, grandes cantidades de gas caliente y materia oscura. «Con el tiempo, los cúmulos crecen fusionándose con otros cúmulos y atrayendo materia de su entorno», explica Reinout van Weeren(se abrirá en una nueva ventana), coordinador del proyecto ClusterWeb, de la Universidad de Leiden(se abrirá en una nueva ventana) (Países Bajos). «Esta materia fluye a lo largo de largas estructuras llamadas filamentos de telaraña cósmica».
Gas, galaxias y materia oscura
Estos filamentos, formados por gas, galaxias y materia oscura, se extienden por todo el universo y conectan distintos cúmulos. Los radiotelescopios han detectado débiles emisiones de radio procedentes de cúmulos de galaxias, producidas por partículas muy energéticas que se mueven a una velocidad cercana a la de la luz. «Una cuestión clave es cómo se aceleran estas partículas hasta alcanzar energías tan altas», explica van Weeren. «El objetivo de este proyecto era estudiar el origen de esta emisión de radio y determinar los procesos físicos que aceleran estas partículas». ClusterWeb, financiado por el Consejo Europeo de Investigación(se abrirá en una nueva ventana), se centró en la observación de cúmulos de galaxias y filamentos de telarañas cósmicas a muy bajas frecuencias de radio, donde esta emisión de radio suele ser más brillante y, por tanto, más fácil de detectar. Van Weeren y sus compañeros utilizaron observaciones del radiotelescopio LOFAR(se abrirá en una nueva ventana), un conjunto europeo diseñado para observar el cielo a bajas frecuencias de radio. «Nuestro estudio se centró en varios cientos de cúmulos de galaxias», explica. «Nuestro objetivo era crear imágenes detalladas y comprender cómo se relaciona la emisión de radio con propiedades como la masa de los cúmulos y la actividad de las fusiones».
Imágenes de alta resolución de cúmulos y filamentos
Aunque LOFAR proporcionó al equipo del proyecto una sensibilidad y resolución muy superiores a las de telescopios anteriores, trabajar con los datos seguía siendo todo un reto. «En primer lugar, el volumen de datos es enorme y su procesamiento requiere una informática avanzada», señala van Weeren. «En segundo lugar, a estas bajas frecuencias, la ionosfera terrestre distorsiona las ondas de radio entrantes, lo cual difumina las imágenes. Por lo tanto, una parte importante del proyecto consistió en desarrollar nuevas técnicas para corregir estas distorsiones, lo cual nos permitió producir imágenes claras y de alta resolución de los cúmulos y filamentos». El proyecto halló pruebas fehacientes de que los choques y turbulencias creados durante las fusiones de cúmulos son responsables de la aceleración de partículas hasta energías muy elevadas. El equipo también pudo medir las propiedades de los campos magnéticos dentro de los cúmulos y filamentos, que desempeñan un papel clave en la formación de la emisión de radio. «Además, observamos que los chorros procedentes de agujeros negros supermasivos situados en galaxias miembros del cúmulo pueden inyectar partículas energéticas en el gas caliente del cúmulo e influir significativamente en su comportamiento», añade van Weeren.
Cómo se forman los cúmulos y evolucionan los campos magnéticos
Los resultados ayudarán a los científicos a comprender mejor los procesos físicos —especialmente la aceleración de partículas— que tienen lugar en todo el universo. También aportan información sobre cómo evolucionan con el tiempo las estructuras cósmicas más grandes, como los cúmulos y los filamentos. «A nivel técnico, los métodos que hemos desarrollado para corregir los datos de radio distorsionados pueden aplicarse ahora de forma más amplia, mejorando la calidad de la imagen para otras observaciones de radio y permitiendo nuevos descubrimientos», afirma van Weeren. El siguiente paso es estudiar cúmulos más distantes y sus conexiones con los filamentos, para comprender mejor cómo se forman los cúmulos y cómo se originan y evolucionan los campos magnéticos. Ello requerirá observaciones más profundas y la combinación de datos de múltiples radiofrecuencias para construir una imagen más completa de estos entornos complejos.