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    Primer avistamiento de gas caliente chapoteando en un cúmulo de galaxias

    Esta imagen muestra el cúmulo de galaxias Perseus, uno de los objetos más masivos conocidos en el Universo, en rayos X y luz óptica. como se ve por la cámara europea de imágenes de fotones (EPIC) de XMM-Newton y el Digitzed Sky Survey II, respectivamente. Usando XMM-Newton para estudiar a Perseo, Los astrónomos detectaron los primeros signos de este gas caliente salpicando y chapoteando, un comportamiento que, mientras se predice, nunca se había visto antes. Crédito:ESA / XMM-Newton / DSS-II / J. Sanders y col. 2019

    El observatorio de rayos X XMM-Newton de la ESA ha espiado gas caliente chapoteando dentro de un cúmulo de galaxias, un comportamiento nunca antes visto que puede ser impulsado por eventos turbulentos de fusión.

    Los cúmulos de galaxias son los sistemas más grandes del universo unidos por la gravedad. Contienen de cientos a miles de galaxias y grandes cantidades de gas caliente conocido como plasma, que alcanza temperaturas de alrededor de 50 millones de grados y brilla intensamente en los rayos X.

    Se sabe muy poco sobre cómo se mueve este plasma, pero explorar sus movimientos puede ser clave para comprender cómo se forman los cúmulos de galaxias, evolucionar y comportarse.

    "Seleccionamos dos cercanos, masivo, cúmulos de galaxias brillantes y bien observados, Perseo y Coma, y trazó un mapa de cómo se movía su plasma, si se acercaba o se alejaba de nosotros, su velocidad, y así sucesivamente, por primera vez, "dice Jeremy Sanders del Instituto Max Planck de Física Extraterrestre en Garching, Alemania, y autor principal del nuevo estudio.

    "Hicimos esto en grandes regiones del cielo:un área aproximadamente del tamaño de dos lunas llenas para Perseo, y cuatro para Coma. Realmente necesitábamos XMM-Newton para esto, ya que sería extremadamente difícil cubrir áreas tan grandes con cualquier otra nave espacial ".

    Jeremy y sus colegas encontraron signos directos de flujo de plasma, chapoteando y chapoteando dentro del cúmulo de galaxias Perseus, uno de los objetos conocidos más masivos del universo, y el cúmulo más brillante del cielo en términos de rayos X. Si bien este tipo de movimiento se ha predicho teóricamente, nunca antes se había visto en el cosmos.

    Vista XMM-Newton de los movimientos de gas caliente en el cúmulo de galaxias Perseus. Crédito:ESA / XMM-Newton / J. Sanders y col. 2019

    Al observar simulaciones de cómo se movía el plasma dentro del cúmulo, Luego, los investigadores exploraron qué estaba causando el chapoteo. Descubrieron que probablemente se deba a subgrupos más pequeños de galaxias que colisionan y se fusionan con el propio cúmulo principal. Estos eventos son lo suficientemente enérgicos como para interrumpir el campo gravitacional de Perseo y poner en marcha un movimiento de chapoteo que durará muchos millones de años antes de asentarse.

    A diferencia de Perseo, que se caracteriza por un grupo principal y varias subestructuras más pequeñas, el cúmulo de Coma no contenía plasma chapoteando, y, en cambio, parece ser un grupo masivo formado por dos subgrupos principales que se están fusionando lentamente.

    "Coma contiene dos galaxias centrales masivas en lugar del gigante único habitual de un cúmulo, y diferentes regiones parecen contener material que se mueve de manera diferente, "dice Jeremy." Esto indica que hay múltiples corrientes de material dentro del cúmulo de Coma que aún no se han unido para formar una sola 'gota' coherente, como vemos con Perseo ".

    El hallazgo fue posible gracias a una nueva técnica de calibración aplicada a la cámara europea de imágenes de fotones (EPIC) de XMM-Newton. El método ingenioso, que implicó la extracción de dos décadas de datos EPIC de archivo, mejoró la precisión de las mediciones de velocidad de la cámara en un factor de más de 3,5, elevando las capacidades de XMM-Newton a un nuevo nivel.

    Simulación de chapoteo de gas en el cúmulo de galaxias Perseus. Crédito:J. Zuhone, Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica

    "La cámara EPIC tiene una señal de fondo instrumental, las llamadas 'líneas fluorescentes' que siempre están presentes en nuestros datos, y a veces pueden resultar molestos, ya que normalmente no son lo que buscamos. "agrega el coautor Ciro Pinto, investigador de la ESA en el Centro Europeo de Investigación y Tecnología Espaciales en Noordwijk, Los países bajos, quien recientemente se mudó al Instituto Nacional de Astrofísica de Italia.

    "Decidimos utilizar estas líneas, que son una característica constante, comparar y alinear los datos de EPIC de los últimos 20 años para determinar mejor cómo se comporta la cámara, y luego usé esto para corregir cualquier variación o efecto instrumental ".

    Esta técnica hizo posible mapear el gas en los cúmulos con mayor precisión. Jeremy, Ciro y sus colegas utilizaron las líneas de fondo para reconocer y eliminar variaciones individuales entre observaciones, y luego eliminó cualquier efecto instrumental más sutil identificado y señalado por sus 20 años de minería de datos EPIC.

    EPIC consta de tres cámaras CCD diseñadas para capturar rayos X de baja y alta energía, y es uno de un trío de instrumentos avanzados a bordo del XMM-Newton.

    • Vista óptica y de rayos X del cúmulo de galaxias de Coma. Crédito:ESA / XMM-Newton / SDSS / J. Sanders y col. 2019

    • Vista XMM-Newton de los movimientos de gas caliente en el cúmulo de galaxias de Coma. Crédito:ESA / XMM-Newton / J. Sanders y col. 2019

    Explorando el cielo dinámico de rayos X desde su lanzamiento en 1999, XMM-Newton es el satélite científico más grande jamás construido en Europa, y lleva algunos de los espejos telescópicos más poderosos jamás desarrollados.

    "Esta técnica de calibración destaca las nuevas capacidades de la cámara EPIC, "dice Norbert Schartel, Científico del Proyecto XMM-Newton de la ESA.

    "High-energy astrophysics often entails comparing X-ray data at different points in the cosmos for everything from plasma to black holes, so the ability to minimise instrumental effects is key. By using past XMM-Newton observations to refine future ones, the new technique may open up inspiring opportunities for new research and discovery."

    These XMM-Newton observations will also remain unparalleled until the launch of ESA's Advanced Telescope for High-ENergy Astrophysics (Athena) in 2031. Whereas covering such large areas of sky will largely be beyond the capabilities of telescopes such as the upcoming JAXA/NASA X-ray Imaging and Spectroscopy Mission, or XRISM, Athena will combine a large X-ray telescope with state-of-the-art scientific instruments to shed new light on the hot, energetic universe.


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