Primer avistamiento de la pérdida de gas caliente en el cúmulo de galaxias

 pérdida de gas caliente en el cúmulo de galaxias

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 de fusión turbulentos.

Los cúmulos de galaxias son los sistemas más grandes del Universo unidos por la gravedad. Contienen cientos de 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, evolucionan y se comportan los cúmulos de galaxias.

"Seleccionamos dos cúmulos de galaxias cercanos, masivos, brillantes y bien observados, Perseo y Coma, y ​​mapeamos cómo se movía su plasma, si se movía hacia nosotros o fuera de nosotros, su velocidad, etc., 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, salpicando y chapoteando dentro del cúmulo de galaxias Perseus, uno de los objetos más masivos conocidos 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.

Al observar simulaciones de cómo se movía el plasma dentro del grupo, los investigadores exploraron qué estaba causando el chapoteo. Descubrieron que era probable debido a pequeños subgrupos de galaxias que colisionan y se fusionan con el cúmulo principal. Estos eventos son lo suficientemente enérgicos como para interrumpir el campo gravitacional de Perseo e iniciar un movimiento de chapoteo que durará muchos millones de años antes de establecerse.
A diferencia de Perseo, que se caracteriza por un grupo principal y varias subestructuras más pequeñas, el grupo Coma no contenía plasma sloshing, y parece ser un grupo masivo formado por dos subgrupos principales que se fusionan 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 flujos de material dentro del clúster de Coma que aún no se han unido para formar un único" blob "coherente, como vemos con Perseus
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 ingenioso método, que implicó extraer dos décadas de datos EPIC de archivo, mejoró la precisión de las mediciones de velocidad de la cámara en un factor superior a 3.5, elevando las capacidades de XMM-Newton a un nuevo nivel.

"La cámara EPIC tiene una señal de fondo instrumental: las llamadas 'líneas fluorescentes' que siempre están presentes en nuestros datos y a veces pueden ser molestas, ya que generalmente no son lo que estamos buscando", agrega el coautor Ciro Pinto, investigador de la ESA en el Centro Europeo de Investigación y Tecnología Espacial en Noordwijk, Países Bajos, quien recientemente se mudó al Instituto Nacional de Astrofísica de Italia.

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

Movimientos de gas en el grupo Coma
Movimientos de gas en el grupo Coma
Esta técnica permitió mapear el gas en los grupos con mayor precisión. Jeremy, Ciro y sus colegas usaron las líneas de fondo para reconocer y eliminar variaciones individuales entre observaciones, y luego eliminaron cualquier efecto instrumental más sutil identificado y marcado 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 los tres instrumentos avanzados a bordo de XMM-Newton.

Explorando el dinámico cielo 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 potentes jamás desarrollados.

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

“La astrofísica de alta energía a menudo implica comparar datos de rayos X en diferentes puntos del cosmos para todo, desde plasma hasta agujeros negros, por lo que la capacidad de minimizar los efectos instrumentales es clave. Al usar las observaciones pasadas de XMM-Newton para refinar las futuras, la nueva técnica puede abrir oportunidades inspiradoras para nuevas investigaciones y descubrimientos ”.

Estas observaciones de XMM-Newton también permanecerán sin paralelo hasta el lanzamiento del Telescopio avanzado de astrofísica de alta energía de la ESA (Athena) en 2031. Mientras que cubrir áreas tan grandes del cielo estará más allá de las capacidades de los telescopios como el próximo JAXA / NASA X de rayos X y misión de espectroscopía, o XRISM, Athena combinará un gran telescopio de rayos X con instrumentos científicos de vanguardia para arrojar nueva luz sobre el universo caliente y enérgico.http://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/First_sighting_of_hot_gas_sloshing_in_galaxy_cluster