El mayor halo de radio jamás observado revela nuevas pistas sobre la energía cósmica en cúmulos de galaxias
Un colosal halo de radio, el más grande detectado hasta la fecha, envuelve un cúmulo de galaxias a 5.000 millones de años luz y desafía las teorías actuales sobre la energía en el cosmos. Su descubrimiento podría reescribir lo que sabemos sobre el papel de los campos magnéticos y la aceleración de partículas en el universo.
Por Enrique Coperías
Esta nueva imagen compuesta realizada con rayos X del Observatorio Chandra de rayos X de la NASA (azul y morado), datos de radio del radiotelescopio MeerKAT (naranja y amarillo) y una imagen óptica de PanSTARRS (rojo, verde y azul) muestra a PLCK G287.0+32.9. Este cúmulo masivo de galaxias, situado a unos 5.000 millones de años luz de la Tierra, fue detectado por primera vez por los astrónomos en 2011. Cortesía: X-ray: NASA/CXC/CfA/K. Rajpurohit et al.; Optical: PanSTARRS; Radio: SARAO/MeerKAT; Image processing: NASA/CXC/SAO/N. Wolk
En el corazón del universo profundo, donde gigantescas estructuras cósmicas colisionan con violencia, los astrónomos han descubierto un fenómeno que sacude los fundamentos de la astrofísica moderna. Se trata de una nube de partículas energéticas de dimensiones nunca antes vistas, envuelta en un resplandor de radio que abarca casi 20 millones de años luz.
Este hallazgo no solo amplía los límites conocidos de los llamados halos de radio, sino que obliga a los científicos a que se replanteen cómo se distribuye y mantiene la energía cósmica en los cúmulos de galaxias más masivos.
La investigación, liderada por Kamlesh Rajpurohit, astrónomo del Center for Astrophysics / Harvard & Smithsonian (CfA), fue presentada recientemente en la 246ª reunión de la Sociedad Astronómica Americana (AAS). El estudio, publicado en el repositorio de acceso abierto de artículos científicos electrónicos arXiv, ofrece un análisis detallado de cinco cúmulos de galaxias donde se han detectado halos de radio con extensiones que superan ampliamente los 2 megaparsecs (más de seis millones de años luz):
✅ PLCK G287.0+32.9
✅ Abell 2744
✅ El cúmulo Bullet
✅ MACS J0717+3745
✅ Abell 2142
¿Qué es un halo de radio en un cúmulo de galaxias?
Los halos de radio son emisiones difusas que surgen en el medio intracúmulo, una mezcla de gas caliente y partículas relativistas que llena el espacio entre las galaxias de un cúmulo. Su origen se asocia con la aceleración turbulenta de electrones por ondas de choque y turbulencia generadas en colisiones de cúmulos.
Al moverse a velocidades cercanas a la luz y encontrarse con campos magnéticos, estos electrones emiten ondas de radio que forman halos difusos alrededor del centro de los cúmulos.
Hasta hace poco, se pensaba que estas estructuras eran relativamente compactas, limitadas a la región central del cúmulo y visibles sobre todo a bajas frecuencias de radio. Sin embargo, los nuevos datos sugieren que los halos de radio gigantes pueden extenderse mucho más allá de lo esperado, alcanzando las periferias de los cúmulos e incluso más allá.
¿Por qué es importante PLCK G287.0+32.9?
Entre todos los cúmulos estudiados, el más impresionante es el PLCK G287.0+32.9, ubicado a unos 5.000 millones de años luz de la Tierra. Detectado por primera vez en 2011 por el satélite Planck, ya era conocido por sus dos potentes reliquias de radio: ondas de choque situadas en sus bordes.
Pero las nuevas observaciones revelan un fenómeno mucho más amplio: una nube de emisión de radio que envuelve todo el cúmulo, con un tamaño cercano a los 20 millones de años luz , casi ¡20 veces el diámetro de la Vía Láctea!
«Esperábamos ver un par de reliquias brillantes en los bordes del cúmulo, como ya se había visto antes, pero en su lugar encontramos que todo el cúmulo brilla en luz de radio —dice Rajpurohit. Y añade—: Una nube de partículas energéticas de este tamaño nunca se había observado en este ni en ningún otro cúmulo de galaxias».
Aceleración y reaceleración de electrones
Además, Rajpurohi y equipo detectó un halo central de aproximadamente 11,4 millones de años luz de diámetro, visible incluso a frecuencias tan altas como 2,4 GHz —algo inusual, ya que a esas frecuencias los electrones responsables de la emisión suelen haber perdido la energía necesaria para brillar. Esto sugiere que debe haber un mecanismo activo que esté reacelerando las partículas.
«Las radioemisiones muy extendidas suelen ser visibles solo a bajas frecuencias, porque los electrones que las producen son antiguos y han perdido energía —señala Rajpurohit. Y continúa—: Pero ahora estamos viendo emisión de radio que se extiende entre las ondas de choque gigantes y más allá, llenando todo el cúmulo».
En palabras de este astrónomo, «eso indica que algo está acelerando o reacelerando activamente a los electrones, pero no se trata de ninguno de los mecanismos habituales».
De la fusión de dos cúmulos galácticos al estallidos de un agujero negro
La pregunta que surge es la siguiente: ¿qué mantiene a estas partículas energizadas en regiones tan vastas del espacio? Según el equipo de investigación, los responsables más probables son las ondas de choque gigantes y la turbulencia cósmica generada por las fusiones de cúmulos. Sin embargo, las teorías actuales aún no logran explicar completamente este fenómeno.
«No sabemos exactamente cómo se logra esta aceleración a gran escala —afirma Rajpurohit—. Es probable que la respuesta esté en los procesos turbulentos que ocurren cuando grandes estructuras cósmicas chocan, pero necesitamos más modelos teóricos para confirmar esta hipótesis».
Observaciones en rayos X realizadas con el observatorio Chandra de la NASA revelan estructuras inusuales en el gas caliente del cúmulo, como una región en forma de caja, una especie de cola cometaria y otras formas distintas. Algunas de estas características coinciden espacialmente con las estructuras detectadas en radiofrecuencia, lo que apoya la hipótesis de que las fusiones y los choques podrían ser las fuentes de reaceleración.
En el centro del cúmulo, estas señales podrían deberse a la fusión de dos cúmulos galácticos más pequeños, a estallidos de un agujero negro supermasivo o a ambos fenómenos actuando de manera conjunta.
¿Otros cúmulos también tienen halos gigantes?
Aunque PLCK G287.0+32.9 es el caso más extremo, no es el único. Otros cuatro cúmulos galácticos estudiados presentan halos de radio con extensiones superiores a los 2 Mpc: Abell 2744, el Bullet Cluster, MACS J0717+3745 y Abell 2142. Todos fueron analizados con observaciones en radio profundas y de alta resolución, obtenidas a múltiples frecuencias de radio.
Uno de los resultados más relevantes es que, pese a sus enormes tamaños, todos estos halos comparten propiedades físicas similares a las de los halos clásicos: sus perfiles de brillo radial siguen un patrón exponencial, muestran un índice espectral que se vuelve más empinado hacia los bordes, y presentan una emisividad media del orden de 10⁻⁴² erg s⁻¹ cm⁻³ Hz⁻¹.
Esta consistencia indica que no estamos necesariamente ante una nueva clase de objetos, como los llamados megahalos, sino ante una extensión de la misma física que gobierna a los halos conocidos, ahora observable gracias a instrumentos más potentes.
El cúmulo de galaxias Abell 2744, también conocido como el Cúmulo de Pandora, está compuesto por galaxias (representadas en blanco); gas caliente (representado en rojo) y materia oscura (representada en azul). Crédito: ESA/XMM-Newton (X-rays); ESO/WFI (optical); NASA/ESA & CFHT (dark matter)
Tecnología que ve lo invisible
Este avance ha sido posible gracias a telescopios de nueva generación como MeerKAT (Sudáfrica), LOFAR (Países Bajos y Europa) y uGMRT (India), que ofrecen una sensibilidad y cobertura espacial sin precedentes.
Al combinar datos a frecuencias bajas y altas, los científicos pudieron reconstruir no solo el tamaño real de los halos, sino también cómo varía su intensidad y espectro en función de la distancia al centro del cúmulo.
Gracias a estos instrumentos, los investigadores también pudieron refinar los métodos de análisis para evitar errores comunes. Por ejemplo, identificaron que muchas veces la presencia aparente de una segunda capa en los halos es en realidad producto de fuentes contaminantes, como galaxias activas o remanentes de otras emisiones, que no fueron adecuadamente eliminadas.
Qué implicaciones tiene este hallazgo
La magnitud del descubrimiento no está solo en el tamaño de los halos, sino en lo que implican para la física del cosmos. Estas estructuras gigantescas ofrecen una nueva forma de estudiar los campos magnéticos cósmicos, un tema aún poco comprendido y de enorme relevancia para entender cómo se organiza la materia en el universo.
«Estamos empezando a ver el universo de formas que antes eran imposibles —dice Rajpurohit. Y añade—: Y eso nos obliga a replantear cómo se mueven la energía y la materia a través de sus estructuras más grandes».
Con cada nueva observación, los astrónomos abren una ventana más al cosmos profundo. Y si estos halos de radio gigantes son un indicio, lo que hay más allá de esa ventana podría ser aún más vasto y complejo de lo que imaginamos. ▪️
Información facilitada por el Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics
Fuente: Kamlesh Rajpurohit et al. Radial Profiles of Radio Halos in Massive Galaxy Clusters: Diffuse Giants Over 2 Mpc. ArXiv (2025). DOI: https://doi.org/10.48550/arXiv.2505.05415
