Combinando datos del Observatorio Chandra x-ray de la NASA con observaciones de radio y simulaciones de computadora, un equipo internacional de científicos ha descubierto una vasta ola de gas caliente en el cercano cúmulo de la galaxia Perseus. Con una extension de unos 200,000 años luz, la ola es aproximadamente el doble del tamaño de nuestra propia Galaxia Vía Láctea.
Esta imagen de rayos X del gas caliente en el cúmulo de galaxias de Perseus se hizo a partir de 16 días de observaciones de Chandra. Los investigadores entonces filtraron los datos de una manera que aclaró el contraste de bordes para hacer detalles sutiles más obvios. Un óvalo resalta la ubicación de una enorme ola que se encuentra rodando a través del gas. Crédito: Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA / Stephen Walker et al.
Los investigadores dicen que la ola se formó hace años miles de millones de años, después de que un pequeño cúmulo de galaxias pastoreara a Perseus y causó que su vasta oferta de gas se deslizaran alrededor de un enorme volumen de espacio.
"Perseus es uno de los clústeres cercanos más masivos y el más brillante de rayos x, así que la data de Chandra nos proporciona un detalle sin precedentes", dijo el científico líder Stephen Walker en el Centro Goddard de vuelos espaciales de la NASA en Greenbelt, Maryland. "la ola que hemos identificado está asociada con el sobrevuelo de un cúmulo más pequeño, lo que demuestra que la actividad de fusión que produjo estas estructuras gigantes sigue en curso".
Un documento que describe los hallazgos aparece en el número de junio de 2017 de la revista Monthly Notices de la Royal Astronomical Society.
Los clústeres de la galaxia son las estructuras más grandes atadas por la gravedad en el universo actual. Alrededor de 11 millones de años luz a través y situado a unos 240 millones de años luz de distancia, el cúmulo de la galaxia Perseus es nombrado por su constelación de acogida. Al igual que todos los cúmulos de galaxias, la mayor parte de su materia observable toma la forma de un gas penetrante promedio de decenas de millones de grados, tan caliente que brilla sólo en las radiografías.
Las observaciones de Chandra han revelado una variedad de estructuras en este gas, de las burbujas enormes sopladas por el agujero negro supermasivo en la galaxia central del clúster, NGC 1275, a una característica cóncava enigmática conocida como la "Bahía."
La forma cóncava de la Bahía no podría haberse formado a través de burbujas lanzadas por el agujero negro. Las observaciones de radio utilizando la matriz muy grande de Karl g. Jansky en el centro de Nuevo México muestran que la estructura de la Bahía no produce ninguna emisión, lo contrario de lo que los científicos esperan de las características asociadas con la actividad del agujero negro. Además, los modelos estándar de gas producían estructuras que se arqueaban en la dirección equivocada.
Walker y su colega volvieron a las observaciones existentes de Chandra del clúster de Perseus para investigar más lejos la Bahía. Combinaron un total de 10,4 días de datos de alta resolución con 5,8 días de observaciones de campo amplio a energías entre 700 y 7,000 voltios de electrones. Para la comparación, la luz visible tiene energías entre dos y tres electron voltios. Los científicos entonces filtraron los datos de Chandra para resaltar los bordes de estructuras y revelar detalles sutiles.
A continuación, se comparó la imagen de Perseus mejorada a la simulación por computadora de fusionar cúmulos de galaxias desarrollados por John ZuHone un astrofísico en el centro de Astrofísica de Harvard-Smithsonian en Cambridge, Massachusetts. Las simulaciones se ejecutaron en el supercomputador de las Pléyades operado por la división de supercomputación avanzada de la NASA en el centro de investigación Ames en Silicon Valley, California. Aunque bueno lo que no está involucrado en este estudio, ZuHone recogió sus simulaciones en el catálogo en línea para ayudar a los astrónomos que estudian cúmulos de galaxias.
"Las fusiones de cúmulos de galaxias representan la última etapa de la formación de estructuras en el cosmos", dijo ZuHone. "los clésteres hidrodinámicos nos permiten producir características en la simulación del gas caliente de la fusión y afinar el parámetro físico, como el campo magnético." "Entonces podemos intentar emparejar, las características detalladas de las estructuras que observamos en rayos x."
Una simulación parecía explicar la formación de la Bahía. En él, el gas es un clúster grande similar a Perseus que se ha colocado en dos componentes, una región central "fría" con temperaturas alrededor de 54.000.000 grados Fahrenheit (30.000.000 Celsius) y una zona circundante donde el gas es tres veces más caliente. Entonces un pequeño clúster de la galaxia que contiene cerca de mil veces la masa de la Vía Láctea bordea el cluster más grande, perdiendo su centro alrededor 650,000 años luz.
El sobrevuelo crea un disturbio gravitacional que agita el gas como la crema revuelta en el café, creando una espiral de expansión de gas frío. Después de cerca de 2.500.000.000 años, cuando el gas ha aumentado cerca de 500,000 años luz del centro, las ondas vastas se forman y ruedan en su periferia por centenares de millones de años antes de disipar.
Estas ondas son versiones gigantes de las ondas Kelvin-Helmholtz, que aparecen dondequiera que haya una diferencia de la velocidad a través de la interfaz de dos líquidos, tales como viento que sopla sobre el agua. Se pueden encontrar en el océano, en la formación de nubes en la tierra y otros planetas, en el plasma cerca de la tierra, e incluso en el sol.
"Creemos que la característica de la bahía que vemos en Perseus es parte de una ola Kelvin-Helmholtz, quizás la más grande aún identificada, que se formó de la misma manera que la simulación muestra", dijo Walker. "También hemos identificado características similares en otros dos clusters de la galaxia, Centaurus y Abell 1795,0"
Los investigadores también encontraron que el tamaño de las ondas corresponde a la fuerza del campo magnético del clúster. Si es demasiado débil, las ondas alcanzan tamaños mucho más grandes que los observados. Si son demasiado fuertes, no se forman en absoluto. Este estudio permitió a los astrónomos probar el campo magnético medio a lo largo de todo el volumen de estos clusteres, una medida que es imposible de hacer por cualquier otro medio.