Aquí entran en juego los cúmulos de galaxias. Estos cúmulos son objeto de estudio clave para comprender su contribución a la emisión de rayos gamma de altas energías. Los cúmulos de galaxias son estructuras que contienen a menudo cientos de galaxias individuales y están cohesionados gravitacionalmente.
Estas estructuras también contienen gas, y dentro de ellas ocurren procesos de aceleración de partículas. Los rayos cósmicos son acelerados tanto por objetos astronómicos presentes en los cúmulos como por el propio medio intracúmulo. Pues bien, las interacciones de estos rayos cósmicos podrían ser responsables de buena parte de la producción de rayos gamma, neutrinos y otras partículas.
Así se ha determinado en un estudio, basado en una simulación, realizado por un equipo integrado, entre otros, por Saqib Hussain, de la Universidad de Sao Paulo en Brasil, y Rafael Alves Batista, del Instituto de Física Teórica (IFT), centro mixto de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM) en España y del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) de España.
Esta simulación es una de las más grandes y detalladas disponibles, abarcando desde las galaxias arcaicas de hace unos diez mil millones de años hasta las estructuras actuales de formación más reciente. Se utilizaron propiedades obtenidas de estas simulaciones, como la distribución de gas, campos magnéticos y radiación, para estudiar la propagación de los rayos cósmicos y su interacción con el gas presente en los cúmulos.
Alves Batista, uno de los autores principales del estudio, contribuyó además con una herramienta clave a la hora de elaborar la simulación. Se trata de un código de propagación de partículas conocido como CRPropa. Este código permite calcular, no solo la probabilidad de interacción de partículas como los protones con el fondo presente en los cúmulos de galaxias, sino también las trayectorias de estas partículas. Además, el código también calcula las propiedades de las partículas producidas en estas interacciones, incluyendo la formación de piones y la posterior generación de rayos gamma. Alves Batista y otros colegas comenzaron el desarrollo de CRPropa años atrás y esta herramienta tiene múltiples usos en teorías del transporte de astropartículas en entornos astrofísicos y en distancias cosmológicas.
La simulación computacional realizada en el reciente estudio abarca una gran región del universo, con un tamaño de alrededor de 9000 megapársecs, unos 30.000 millones de años-luz, mientras que la región simulada en detalle tiene aproximadamente 200 megapársecs. Según Alves Batista: “La muestra simulada es bastante representativa y, de hecho, se espera que el resto del universo tenga características similares”.
La investigación concluye que los cúmulos de galaxias pueden ser una fuente importante de emisión de rayos gamma de altas energías. Si esto es cierto, podría haber una contribución significativa de los cúmulos en el flujo observado desde la Tierra, limitando la contribución de otros objetos astrofísicos.
Sin embargo, cabe destacar que estos resultados son teóricos y aún no han sido comprobados experimentalmente. En el futuro, se espera que los datos de los telescopios confirmen estas aproximaciones. Por ejemplo, algunos telescopios existentes como el Fermi-LAT y otros futuros como el CTA (Cherenkov Telescope Array), con los cuales el IFT está involucrado.
En definitiva, los resultados ayudan a conocer mejor del flujo difuso de rayos gamma, que aún no se comprende en su totalidad.
El estudio se titula “The diffuse gamma-ray flux from clusters of galaxies”. Y se ha publicado en la revista académica Nature Communications. (Fuente: Instituto de Física Teórica (IFT) / UAM / CSIC)
Fuente NCYT