Questa immagine a raggi X del gas caldo nell'ammasso di galassie Perseus è stata ottenuta da 16 giorni di osservazioni di Chandra. I ricercatori hanno quindi filtrato i dati in modo da aumentare il contrasto dei bordi per rendere più evidenti i dettagli più sottili. Un ovale evidenzia la posizione di un'enorme onda che si trova a rotolare attraverso il gas. Credito:Goddard Space Flight Center della NASA/Stephen Walker et al.
Combinando i dati dell'Osservatorio a raggi X Chandra della NASA con osservazioni radio e simulazioni al computer, un team internazionale di scienziati ha scoperto una vasta ondata di gas caldo nel vicino ammasso di galassie Perseus. Spanning circa 200, 000 anni luce, l'onda è circa il doppio della nostra galassia, la Via Lattea.
I ricercatori dicono che l'onda si è formata miliardi di anni fa, dopo che un piccolo ammasso di galassie ha sfiorato Perseo e ha fatto scorrere la sua vasta riserva di gas intorno a un enorme volume di spazio.
"Perseo è uno degli ammassi vicini più massicci e il più luminoso nei raggi X, quindi i dati di Chandra ci forniscono dettagli senza precedenti, " ha detto lo scienziato capo Stephen Walker al Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Maryland. "L'onda che abbiamo identificato è associata al sorvolo di un ammasso più piccolo, il che dimostra che l'attività di fusione che ha prodotto queste strutture giganti è ancora in corso".
Un articolo che descrive i risultati appare nel numero di giugno 2017 della rivista Avvisi mensili della Royal Astronomical Society .
Gli ammassi di galassie sono oggi le strutture più grandi legate dalla gravità nell'universo. Circa 11 milioni di anni luce di diametro e situato a circa 240 milioni di anni luce di distanza, l'ammasso di galassie Perseo prende il nome dalla sua costellazione ospite. Come tutti gli ammassi di galassie, la maggior parte della sua materia osservabile assume la forma di un gas pervasivo con una media di decine di milioni di gradi, così caldo che si illumina solo ai raggi X.
Le osservazioni di Chandra hanno rivelato una varietà di strutture in questo gas, dalle vaste bolle lanciate dal buco nero supermassiccio nella galassia centrale dell'ammasso, NGC 1275, a un'enigmatica caratteristica concava nota come "baia".
La forma concava della baia non potrebbe essersi formata attraverso le bolle lanciate dal buco nero. Le osservazioni radio utilizzando il Very Large Array di Karl G. Jansky nel New Mexico centrale mostrano che la struttura della baia non produce emissioni, l'opposto di ciò che gli scienziati si aspetterebbero per le caratteristiche associate all'attività dei buchi neri. Inoltre, i modelli standard di gas sloshing producevano tipicamente strutture che archivano nella direzione sbagliata.
Walker e i suoi colleghi si sono rivolti alle osservazioni Chandra esistenti dell'ammasso Perseus per indagare ulteriormente sulla baia. Hanno combinato un totale di 10,4 giorni di dati ad alta risoluzione con 5,8 giorni di osservazioni ad ampio campo a energie comprese tra 700 e 7, 000 elettronvolt. Per confronto, la luce visibile ha energie comprese tra circa due e tre elettronvolt. Gli scienziati hanno quindi filtrato i dati di Chandra per evidenziare i bordi delle strutture e rivelare dettagli sottili.
Prossimo, hanno confrontato l'immagine Perseus con bordi migliorati alle simulazioni al computer di ammassi di galassie fusi sviluppate da John ZuHone, un astrofisico presso l'Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics di Cambridge, Massachusetts. Le simulazioni sono state eseguite sul supercomputer Pleiades gestito dalla NASA Advanced Supercomputing Division presso l'Ames Research Center nella Silicon Valley, California. Sebbene non fosse coinvolto in questo studio, ZuHone ha raccolto le sue simulazioni in un catalogo online per aiutare gli astronomi a studiare gli ammassi di galassie.
"Le fusioni di cluster di galassie rappresentano l'ultimo stadio della formazione della struttura nel cosmo, " ha detto ZuHone. "Le simulazioni idrodinamiche dei cluster di fusione ci consentono di produrre caratteristiche nel gas caldo e di regolare i parametri fisici, come il campo magnetico. Quindi possiamo tentare di abbinare le caratteristiche dettagliate delle strutture che osserviamo nei raggi X".
Questa animazione si dissolve tra due diverse viste del gas caldo nell'ammasso di galassie Perseus. La prima è la migliore visione di Chandra del gas caldo nella regione centrale dell'ammasso Perseo, dove rosso, il verde e il blu indicano raggi X a energia più bassa o più alta, rispettivamente. L'immagine più grande incorpora dati aggiuntivi su un campo visivo più ampio. È stato appositamente elaborato per migliorare il contrasto dei bordi, rivelando strutture sottili nel gas. L'onda è contrassegnata dalla curva ad arco verso l'alto vicino al fondo, centrata a circa 7 in punto. Credito:NASA/CXC/SAO/E.Bulbul, et al. e il Goddard Space Flight Center della NASA/Stephen Walker et al.
Una simulazione sembrava spiegare la formazione della baia. Dentro, gas in un grande ammasso simile a Perseo si è depositato in due componenti, una regione centrale "fredda" con temperature intorno ai 54 milioni di gradi Fahrenheit (30 milioni di gradi Celsius) e una zona circostante dove il gas è tre volte più caldo. Quindi un piccolo ammasso di galassie contenente circa mille volte la massa della Via Lattea costeggia l'ammasso più grande, manca il suo centro intorno al 650, 000 anni luce.
Il sorvolo crea un disturbo gravitazionale che rimescola il gas come la panna mescolata al caffè, creando una spirale in espansione di gas freddo. Dopo circa 2,5 miliardi di anni, quando il gas è salito di quasi 500, 000 anni luce dal centro, vaste onde si formano e rotolano alla sua periferia per centinaia di milioni di anni prima di dissiparsi.
Queste onde sono versioni giganti delle onde di Kelvin-Helmholtz, che si manifestano ovunque ci sia una differenza di velocità attraverso l'interfaccia di due fluidi, come il vento che soffia sull'acqua. Possono essere trovati nell'oceano, nelle formazioni nuvolose sulla Terra e su altri pianeti, nel plasma vicino alla Terra, e anche al sole.
"Pensiamo che la caratteristica della baia che vediamo in Perseus sia parte di un'onda Kelvin-Helmholtz, forse il più grande mai identificato, che si è formato più o meno allo stesso modo di come mostra la simulazione, "Ha detto Walker. "Abbiamo anche identificato caratteristiche simili in altri due ammassi di galassie, Centauro e Abell 1795."
I ricercatori hanno anche scoperto che la dimensione delle onde corrisponde alla forza del campo magnetico dell'ammasso. Se è troppo debole, le onde raggiungono dimensioni molto maggiori di quelle osservate. Se troppo forte, non si formano affatto. Questo studio ha permesso agli astronomi di sondare il campo magnetico medio attraverso l'intero volume di questi ammassi, una misura che è impossibile fare con qualsiasi altro mezzo.
