Potężna fala gazu w Gromadzie Galaktyk w Perseuszu

Łącząc dane zebrane za pomocą Obserwatorium Rentgenowskiego Chandra z danymi z radioobserwatoriów i symulacji komputerowych, międzynarodowy zespół naukowców odkrył rozległą falę gorącego gazu w pobliskiej Gromadzie Galaktyk w Perseuszu. Rozciągająca się na 200 000 lat świetlnych fala rozmiarami dwukrotnie przewyższa Drogę Mleczną.

Badacze uważają, że fala powstała miliardy lat temu po tym jak mała gromada galaktyk otarła się o Perseusza i spowodowała turbulencje w ogromnych ilościach gazu wypełniających niesamowitą objętość przestrzeni.

W Perseuszu znajduje się jedna z najmasywniejszych pobliskich gromad galaktyk i jednocześnie najjaśniejsza w zakresie rentgenowskim, dlatego też dane z Chandry pozwalają nam ją badać w niespotykanym szczególe –  mówi Stephen Walker z Goddard Space Flight Center w Greenbelt. Zidentyfikowana przez nas fala związana jest z przejściem w pobliżu mniejszej gromady, co też może świadczyć, że łączenie gromad prowadzące do powstania tych ogromnych struktur może wciąż trwać.

Artykuł opisujący wyniki badań ukaże się w czerwcowym wydaniu periodyku Monthly Notices of the Royal Astronomical Society oraz jest dostępny online.

Gromady galaktyk to jedne z największych struktur utrzymywanych przez grawitację we Wszechświecie. Gromada Galaktyk w Perseuszu rozciąga się na 11 milionów lat świetlnych i oddalona jest od nas o jakieś 240 milionów lat świetlnych. Tak jak we wszystkich gromadach galaktyk, większość obserwowalnej materii to gaz o temperaturze milionów stopni, na tyle wysokiej, że promieniuje tylko w zakresie rentgenowskim.

Obserwacje za pomocą Chandry pozwoliły nam dojrzeć szeroką paletę struktur w tym gazie, od rozległych bąbli wywianych przez supermasywną czarną dziurę znajdującą się w centralnej galaktyce gromady – NGC 1275 – aż po enigmatyczne wypukłe obszary zwane „zatokami”.

Wypukły kształt zatoki nie mógł powstać jako fragment bąbla wywianego przez czarną dziurę. Obserwacje radiowe za pomocą Very Large Array w centralnym Nowym Meksyku wskazują, że zatoka nie emituje żadnego promieniowania, a w przypadku czarnej dziury takie byłoby oczekiwane. Dodatkowo, standardowe modele turbulentnego gazu zazwyczaj prowadziły do powstania struktur wygiętych w przeciwną stronę.

Walker wraz ze współpracownikami przeanalizował dane obserwacyjne zebrane za pomocą Chandry w celu dokładniejszego zbadania zatoki w gromadzie w Perseuszu. W ramach swoich badań połączyli 10,4 dni wysokiej rozdzielczości danych z 5.8 dniami obserwacjami szerokiego pola w zakresie energii od 700 do 7000 eV. Dla porównania promieniowanie widzialne charakteryzuje się energią w zakresie od 2 do 3 eV. Następnie badacze przefiltrowali dane z Chandry tak, aby podkreślić krawędzie struktur i ich delikatne szczegóły.

Tak przygotowane zdjęcie Perseusza zostało wykorzystane do porównania z symulacjami łączących się gromad galaktyk opracowanymi prze Johna ZuHone, astrofizyka z Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics w Cambridge. Symulacje wykonano na superkomputerze Pleiades w NASA Advanced Supeercomputing Division w Ames Research Center w Dolinie Krzemowej.

Łączenie gromad galaktyk stanowi ostatni etap formowania się struktury kosmosu – mówi ZuHone. Hydrodynamiczne symulacje łączących się gromad pozwalają nam doprowadzać do powstawania struktur gorącego gazu i dopasowywać parametry fizyczne takie jak chociażby pole magnetyczne. Korzystając z nich możemy próbować dopasowywać szczegóły do struktur jakie faktycznie obserwujemy w zakresie rentgenowskim.

Jedna z symulacji zdawała się tłumaczyć powstanie zatoki. W tym przypadku gaz w dużej gromadzie, takiej jak Perseusz, uformował dwa regiony: „chłodny region centralny o temperaturze ok. 30 milionów stopni Celsjusza oraz otaczającą go strefę, w której gaz jest trzykrotnie gorętszy. Następnie mała gromada galaktyk zawierająca masę ok. 1000 mas Drogi Mlecznej ociera się o większą gromadę mijając jej centrum w odległości ok. 650 000 lat świetlnych.

Tego typu przelot powoduje grawitacyjne zaburzenia w gazie, których efektem jest powstająca spirala zimnego gazu. Po około 2.5 miliardach lat, gdy ów gaz oddalił się na prawie 500 000 lat świetlnych od centrum, powstają w nim potężne fale przemierzające peryferia gromady przez kilkaset milionów lat zanim się rozproszą.

Fale te to gigantyczne werse fal Kelvina-Helmholtza, które pojawiają się tam gdzie występuje różnica prędkości na styku dwóch płynów, np. na styku wiatru i powierzchni morza, podczas powstawania chmur na Ziemi i innych planetach, w plazmie w pobliżu Ziemi, a nawet na Słońcu.

Uważamy, że „zatoka” obserwowana w Perseuszu stanowi fragment fali Kelvina-Helmholtza największej jak dotąd obserwowanej – mówi Walker. Podobne struktury udało nam się zidentyfikować także w dwóch innych gromadach galaktyk: Centaurus oraz Abell 1795.

Naukowcy odkryli także, że rozmiar fal zależy od siły pola magnetycznego gromady. Jeżeli jest ono za słabe, fale osiągają znacznie większe rozmiary niż obserwowane. Jeżeli za silne, nie powstają wcale.

Źródło: NASA Goddard Space Flight center

  • Tomek Rogacki

    bardzo ciekawe!