Relíquias de rádio en el cúmulo de galaxias en fusión PSZ2 G200.95-28.16

En el vasto universo, hay Grupos de galaxias unidos por la gravedad, conocidos como cúmulos de galaxias. A veces, estos cúmulos chocan y se fusionan. Cuando eso pasa, crean algo espectacular: los relictos de radio. Estos son arcos gigantes y brillantes de ondas de radio que aparecen en las afueras de estos cúmulos en fusión. Piensa en ellos como graffiti cósmico dejado por los eventos energéticos en la tumultuosa historia de un cúmulo de galaxias.

Hoy, vamos a ver un cúmulo en fusión llamado PSZ2 G200.95-28.16. Este cúmulo es un poco más pequeño comparado con sus vecinos, pero tiene tres relictos de radio bastante interesantes. Nuestro equipo de investigación ha usado telescopios de radio avanzados para recopilar nuevos datos, junto con observaciones de Rayos X, para entender qué está pasando en esta danza cósmica.

#¿Qué Son los Relictos de Radio?

Imagina las secuelas de un choque de autos. El sonido del metal doblándose y el vidrio esparciéndose por todas partes es parecido a las ondas de choque producidas durante una fusión de cúmulos de galaxias. Cuando estos cúmulos colisionan, generan choques que aceleran los rayos cósmicos: partículas diminutas que viajan cerca de la velocidad de la luz. A medida que estas partículas energizadas interactúan con los campos magnéticos presentes en el cúmulo, emiten ondas de radio, creando relictos de radio.

Los relictos de radio tienen una forma distintiva de arco y a menudo están polarizados, lo que significa que su luz tiene una dirección preferida de oscilación. Son pistas importantes que ayudan a los científicos a entender los procesos energéticos en juego durante las fusiones de cúmulos de galaxias.

#El Cúmulo PSZ2 G200.95-28.16

PSZ2 G200.95-28.16 es un intrigante cúmulo de galaxias de baja masa ubicado en el cosmos. Fue avistado por primera vez por el satélite Planck y más tarde confirmado usando datos de rayos X. Este cúmulo es especialmente emocionante porque contiene no uno, ni dos, sino tres relictos de radio, cada uno con una historia cósmica única.

Hemos nombrado al relicto más prominente "Caballito de Mar" debido a su forma distintiva. Los otros dos relictos se llamarán R2 y R3.

#Nuevas Observaciones

Para aprender más sobre PSZ2 G200.95-28.16, utilizamos telescopios de radio avanzados: el Telescopio de Radio Metrewave Gigante Mejorado (uGMRT) y el telescopio MeerKAT. Hicimos observaciones a varias frecuencias: 400 MHz, 650 MHz y 1283 MHz. Además, utilizamos datos del Observatorio de Rayos X Chandra para enriquecer nuestra investigación.

En nuestras imágenes, encontramos que los tamaños más grandes de los tres relictos son 1.53 Mpc para el Caballito de Mar, 1.12 kpc para R2, y 340 kpc para R3. Las mediciones de Polarización revelaron que los tres relictos están polarizados a 1283 MHz, proporcionando más información sobre su estructura.

#Las Características Únicas de los Relictos de Radio

#Caballito de Mar

El Caballito de Mar es la estrella del espectáculo, destacando por su morfología única. Tiene una cabeza doblada, un cuerpo con una muesca y una cola alargada. El brillo de este relicto sugiere que es el resultado de procesos energéticos intensos, posiblemente relacionados con los choques del cúmulo en fusión.

Curiosamente, el Caballito de Mar ha mostrado señales de un incremento espectral hacia el centro del cúmulo, lo que sugiere la dirección de los choques de fusión. Estimamos que el número de Mach, una medida de la fuerza del choque, es de alrededor de 2.5.

#R2

R2 es más complicado. Tiene dos estructuras: un área difusa brillante y un filamento más tenue. Cuando examinamos R2 de cerca, notamos variaciones en su brillo entre diferentes bandas de frecuencia, indicando que su verdadera naturaleza es más compleja de lo que parece.

El número de Mach estimado para R2 es de aproximadamente 3.5, lo que indica que también está influenciado por choques fuertes.

#R3

Finalmente, tenemos R3, que es el más pequeño de los tres relictos. Se asemeja a un arco invertido y se encuentra en la región noroeste del cúmulo.

Aunque R3 no es tan brillante como el Caballito de Mar o R2, todavía aporta información valiosa sobre la dinámica del cúmulo.

#Mediciones de Polarización

Una de las características intrigantes de estos relictos de radio es su polarización. Nuestro análisis mostró que los tres relictos exhiben polarización lineal, lo cual es una buena noticia para entender sus campos magnéticos.

El Caballito de Mar tuvo una polarización promedio de alrededor del 15%, con los vectores de campo eléctrico alineándose a lo largo de la estructura del relicto. R2 mostró una alineación similar, mientras que R3 tuvo una distribución de campo magnético menos clara debido a su naturaleza tenue.

#El Papel de los Rayos X

Además de nuestras observaciones de radio, utilizamos datos de rayos X para tener una visión más completa del cúmulo en fusión. El mapa de brillo de superficie en rayos X reveló dos subcúmulos prominentes, que son regiones de intenso calor y actividad.

Sin embargo, en un giro interesante, notamos que los relictos de radio no estaban alineados perpendicularmente al eje de fusión esperado, algo que generalmente vemos en otros cúmulos. De hecho, no detectamos choques en las ubicaciones donde se encuentran los relictos. Esta contradicción plantea preguntas sobre la historia de fusión de PSZ2 G200.95-28.16.

#Posibles Escenarios y Teorías

Con toda esta información en mano, comenzamos a explorar posibles escenarios que podrían explicar las observaciones. Una teoría sugiere que la fusión produjo tanto choques axiales como ecuatoriales. Los choques axiales surgen de la dirección de fusión, mientras que los choques ecuatoriales se expanden hacia afuera.

Dadas las posiciones inusuales de los relictos de radio, también consideramos la posibilidad de que PSZ2 G200.95-28.16 esté experimentando una fusión fuera del eje, donde los cúmulos colisionan en ángulo. Esto podría explicar las diferentes fuerzas de choque y las estructuras de los relictos de radio resultantes.

Otra opción es que múltiples eventos de fusión estén ocurriendo simultáneamente. De ser así, diferentes ejes de fusión podrían contribuir a los relictos de radio observados, pero se necesitarán más investigaciones para confirmar esto.

#El Anillo de Radio Raro

Mientras investigábamos el cúmulo, nos topamos con un peculiar anillo de radio en nuestras imágenes de uGMRT. Este anillo tiene aproximadamente 100 kpc de tamaño y ha despertado curiosidad entre los científicos.

Se asemeja a lo que se conocen como Círculos de Radio Raros (ORCs), misteriosas fuentes de radio redondas que han sido descubiertas en tiempos recientes. Aunque no podemos asegurar que esto sea un ORC, es probable que su formación implique interacciones con el medio intracluster durante el proceso de fusión, provocando emisiones de radio.

#Conclusiones

PSZ2 G200.95-28.16 es un emocionante cúmulo de galaxias de baja masa con tres cautivadores relictos de radio. A través de nuestras observaciones, logramos capturar las características únicas de Caballito de Mar, R2 y R3 mientras planteamos preguntas sobre la dinámica de fusión del cúmulo.

El proceso de fusión en este cúmulo es complejo, lo que lleva a diversas emisiones de radio que desafían nuestras teorías existentes. Nuestro trabajo enfatiza la importancia de seguir estudiando estos eventos cósmicos, ya que proporcionan información esencial sobre la evolución del universo.

Al final, este estudio muestra las fascinantes interacciones que suceden en el cosmos y cómo los relictos de radio sirven como ventanas a estos espectaculares eventos. ¿Quién diría que el universo podría tener tanto drama?