Combinando datos del Observatorio de rayos X Chandra de la NASA con observaciones de radio y simulaciones por computadora, un equipo internacional de científicos ha descubierto una vasta ola de gas caliente en el cercano cúmulo de galaxias Perseus. Abarcando unos 200, 000 años luz, la onda es aproximadamente el doble del tamaño de nuestra propia galaxia, la Vía Láctea.

Los investigadores dicen que la ola se formó hace miles de millones de años, después de que un pequeño cúmulo de galaxias rozara a Perseo y provocara que su vasto suministro de gas se agitara alrededor de un enorme volumen de espacio.

"Perseo es uno de los cúmulos cercanos más masivos y el más brillante en rayos X, por lo que los datos de Chandra nos brindan un detalle incomparable, "dijo el científico principal Stephen Walker en el Centro de Vuelo Espacial Goddard 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 aún está en curso ".

Un artículo que describe los hallazgos aparece en la edición de junio de 2017 de la revista. Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society .

Los cúmulos de galaxias son las estructuras más grandes unidas por la gravedad en el universo actual. Unos 11 millones de años luz de diámetro y ubicados a unos 240 millones de años luz de distancia, el cúmulo de galaxias de Perseo lleva el nombre de su constelación anfitriona. Como todos los cúmulos de galaxias, la mayor parte de su materia observable toma la forma de un gas penetrante que promedia decenas de millones de grados, tan caliente que solo brilla en los rayos X.

Las observaciones de Chandra han revelado una variedad de estructuras en este gas, de vastas burbujas sopladas por el agujero negro supermasivo en la galaxia central del cúmulo, NGC 1275, a una enigmática característica cóncava 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 el Karl G. Jansky Very Large Array en el centro de Nuevo México muestran que la estructura de la bahía no produce emisiones, lo contrario de lo que los científicos esperarían de las características asociadas con la actividad de los agujeros negros. Además, Los modelos estándar de salpicaduras de gas producían típicamente estructuras que se arqueaban en la dirección incorrecta.

Walker y sus colegas recurrieron a las observaciones existentes de Chandra del cúmulo de Perseus para investigar más a fondo 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 electronvoltios. Para comparacion, la luz visible tiene energías entre dos y tres electronvoltios. Luego, los científicos filtraron los datos de Chandra para resaltar los bordes de las estructuras y revelar detalles sutiles.

Próximo, compararon la imagen de Perseus mejorada en el borde con simulaciones por computadora de la fusión de cúmulos de galaxias desarrolladas por John ZuHone, un astrofísico en el Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica en Cambridge, Massachusetts. Las simulaciones se ejecutaron en la supercomputadora Pléyades operada por la División de Supercomputación Avanzada de la NASA en el Centro de Investigación Ames en Silicon Valley. California. Aunque no participó en este estudio, ZuHone recopiló sus simulaciones en un catálogo en línea para ayudar a los astrónomos a estudiar los cúmulos de galaxias.

"Las fusiones de cúmulos de galaxias representan la última etapa de formación de estructuras en el cosmos, ", Dijo ZuHone." Las simulaciones hidrodinámicas de los clústeres fusionados nos permiten producir características en el gas caliente y ajustar los parámetros físicos, como el campo magnético. Entonces podemos intentar igualar las características detalladas de las estructuras que observamos en los rayos X ".

Una simulación pareció explicar la formación de la bahía. En eso, El gas en un gran cúmulo similar a Perseo se ha asentado en dos componentes, una región central "fría" con temperaturas de alrededor de 54 millones de grados Fahrenheit (30 millones de grados Celsius) y una zona circundante donde el gas es tres veces más caliente. Luego, un pequeño cúmulo de galaxias que contiene unas mil veces la masa de la Vía Láctea bordea el cúmulo más grande, falta su centro alrededor de 650, 000 años luz.

El sobrevuelo crea una perturbación gravitacional que agita el gas como si fuera crema mezclada con café. creando una espiral expansiva de gas frío. Después de unos 2.500 millones de años, cuando el gas ha subido casi 500, 000 años luz del centro, Vastas ondas se forman y ruedan en su periferia durante cientos de millones de años antes de disiparse.

Estas ondas son versiones gigantes de las ondas de Kelvin-Helmholtz, que aparecen donde hay una diferencia de velocidad en la interfaz de dos fluidos, como el viento que sopla sobre el agua. Se pueden encontrar en el océano en formaciones de nubes en la Tierra y otros planetas, en plasma cerca de la Tierra, e incluso en el sol.

"Creemos que la característica de la bahía que vemos en Perseo es parte de una ola de Kelvin-Helmholtz, quizás el más grande identificado hasta ahora, que se formó de la misma manera que muestra la simulación, Walker dijo. También hemos identificado características similares en otros dos cúmulos de galaxias, Centaurus y Abell 1795. "

Los investigadores también encontraron que el tamaño de las ondas corresponde a la fuerza del campo magnético del cúmulo. Si es demasiado débil las olas alcanzan tamaños mucho mayores que los observados. Si es demasiado fuerte no se forman en absoluto. Este estudio permitió a los astrónomos sondear el campo magnético promedio en todo el volumen de estos cúmulos, una medida que es imposible de realizar por cualquier otro medio.