LOFAR revela las causas de los ORC de doble estructura

Nuevo sondeo de LOFAR descubre raros círculos de radio de doble cabeza en el espacio profundo

Los Odd Radio Circles (ORC) son causados por varios mecanismos posibles, incluidas las ondas de choque de la fusión de agujeros negros supermasivos, la formación estelar intensa que crea supervientos o chorros de núcleos galácticos activos vistos de frente. Hallazgos recientes del LOFAR Two Metre Sky Survey (LoTSS) revelan que los ORC de doble cabeza, caracterizados por anillos gemelos que se cruzan, probablemente resultan de chorros de radio bipolares que interactúan con el plasma circundante en cúmulos de galaxias. Este descubrimiento, liderado por los investigadores M. Brüggen, F. de Gasperin y G. Di Gennaro, amplía significativamente nuestra comprensión de estas raras estructuras de radio con bordes brillantes.

El creciente misterio de los Odd Radio Circles (ORC) comenzó en 2019, cuando estas estructuras masivas en forma de anillo fueron detectadas por primera vez, desconcertando a los astrónomos por su simetría circular y la falta de contrapartes ópticas obvias en ese momento. Estos fenómenos suelen abarcar aproximadamente 1 minuto de arco en el cielo, una escala que representa cientos de kilopársecs a las distancias cosmológicas donde se encuentran. Hasta la llegada de sondeos de baja frecuencia y alta sensibilidad como LOFAR, estas estructuras permanecieron ocultas debido a su bajo brillo superficial y a los rangos de frecuencia específicos requeridos para resolver sus emisiones tenues y difusas.

¿Qué causa los ORC de cabeza única y de doble cabeza en los sondeos de LOFAR?

Los ORC de cabeza única son producidos por eventos energéticos a escala galáctica, como choques de terminación de vientos galácticos o los restos de antiguas explosiones dentro de galaxias masivas. En contraste, se cree que los ORC de doble cabeza, que presentan morfologías complejas de anillos gemelos, son el resultado de chorros de plasma magnetizado relativista que emanan en direcciones opuestas desde un agujero negro supermasivo central. Estos chorros interactúan con el entorno local para formar estructuras simétricas con bordes brillantes que aparecen como anillos superpuestos o adyacentes en longitudes de onda de radio.

La metodología empleada por M. Brüggen y sus colegas consistió en un análisis sofisticado de los datos del LOFAR Two Metre Sky Survey (LoTSS) data release 3 (DR3) a 144 MHz. Para navegar entre los millones de fuentes de radio presentes en el catálogo, el equipo utilizó una combinación de filtrado automatizado de parámetros y una rigurosa inspección visual manual. Este enfoque híbrido les permitió aislar 18 fuentes distintas con estructuras similares a los ORC, incluidos cinco nuevos ORC de cabeza única y dos descubrimientos de doble cabeza completamente nuevos. Al cruzar estos hallazgos con datos de radio a 54 MHz y 1400 MHz, los investigadores pudieron derivar métricas críticas como los índices espectrales y las dimensiones físicas.

¿Están los ORC asociados con galaxias elípticas?

Los Odd Radio Circles (ORC) están asociados con grandes galaxias elípticas en la gran mayoría de los casos observados, las cuales suelen ocupar el centro geométrico de los anillos de radio. Aunque los sondeos anteriores no eran concluyentes respecto a la morfología de la galaxia anfitriona, los datos de alta resolución del sondeo LOFAR confirman que estas elípticas masivas sirven como los "anclajes galácticos" del fenómeno. La presencia de estas galaxias anfitrionas específicas sugiere que los procesos energéticos necesarios para crear un ORC —como la actividad de un gran agujero negro— son intrínsecos a la evolución de las galaxias más masivas del universo.

Los datos de desplazamiento al rojo derivados de estas contrapartes ópticas han permitido al equipo de investigación estimar el tamaño físico de estas estructuras con mayor precisión que nunca. El estudio encontró una correlación notable entre el tamaño físico de los Odd Radio Circles (ORC) y su índice espectral integrado; específicamente, los ORC más pequeños parecen evitar los espectros de radio empinados. Esta heterogeneidad sugiere que la población de ORC puede ser más diversa de lo que se sospechaba anteriormente, consistiendo en múltiples subtipos formados por diferentes condiciones ambientales o etapas de la evolución galáctica. Los investigadores señalaron que identificar la galaxia anfitriona es un paso crítico para determinar si el anillo es una cáscara esférica o un disco proyectado.

¿Cómo se relacionan los ORC con los chorros de agujeros negros supermasivos?

Los ORC están directamente relacionados con los chorros de agujeros negros supermasivos, que actúan como el motor principal para propulsar plasma magnetizado hacia el medio intergaláctico. Estos chorros relativistas crean una presión enorme al chocar con el plasma térmico circundante de un cúmulo de galaxias, lo que resulta en un choque de terminación que se manifiesta como un anillo circular con bordes brillantes. Esta relación posiciona a los ORC como un registro visual de los intensos ciclos de retroalimentación entre un agujero negro supermasivo y su entorno anfitrión a lo largo de millones de años.

Las implicaciones de esta investigación son profundas para el campo de la radioastronomía extragaláctica, ya que desafía las teorías actuales sobre los modelos de origen de "onda de choque" frente a los de "chorro". Mientras que los ORC de cabeza única podrían explicarse potencialmente por una onda de choque esférica singular proveniente de una fusión, los ORC de doble cabeza identificados en los datos de LoTSS DR3 requieren un mecanismo de producción más complejo. La simetría observada en estos anillos gemelos respalda firmemente el modelo de chorro bipolar, donde la energía se canaliza a lo largo de un eje en lugar de expandirse uniformemente en todas las direcciones. Esto sugiere que algunos ORC podrían ser esencialmente galaxias de radio tradicionales vistas desde una orientación específica que enfatiza sus secciones transversales circulares.

De cara al futuro, el porvenir de la investigación de los Odd Radio Circles (ORC) dependerá de sondeos aún más profundos y de mayor resolución. El trabajo del equipo al ampliar la población conocida a 18 fuentes proporciona una base estadística muy necesaria para futuros modelos. Se espera que las instalaciones de próxima generación, como el Square Kilometre Array (SKA), descubran miles de estas estructuras, permitiendo a los astrónomos observar las fases de transición de la formación de los ORC. A medida que la resolución mejore, la comunidad científica podrá finalmente resolver si estos anillos cósmicos son características comunes de todas las galaxias masivas o reliquias raras de los eventos más violentos del universo.

• Total de estructuras ORC identificadas: 18
• ORC de doble cabeza encontrados: 4 (incluyendo 2 nuevos descubrimientos)
• Nuevos ORC de cabeza única: 5
• Frecuencia del sondeo: 144 MHz (LoTSS DR3)
• Tipo de anfitrión principal: Galaxias elípticas masivas