¿Una gigante onda Kelvin-Helmholtz en el cúmulo de Perseo?

Combinando datos del Observatorio espacial de rayos X  Chandra de la NASA con observaciones de radio y simulaciones por computadora, al comparar estas simulaciones de deslizamiento de gas, encontraron que el cúmulo de Perseo tiene un parecido sorprendente en su tamaño, ubicación y estructura térmica, a un rollo gigante de unos 50 kiloparsec  resultante de las inestabilidades de Kelvin-Helmholtz.

Con estos resultados, los científicos han encontrado una vasta onda de gas caliente en el cúmulo de galaxias Perseo (Abell 426) . Con una extensión de unos 200.000 años luz, la onda es aproximadamente el doble del tamaño de la galaxia de la Vía Láctea.

Los investigadores piensan que esta onda se formó hace miles de millones de años después de que un pequeño grupo de galaxias rozó al cúmulo de Perseo y causó que su vasto suministro de gas se deslizara alrededor en un enorme volumen de espacio.

Los cúmulos de galaxias como  Perseo son las estructuras más grandes unidas por la gravedad en el universo actual.

This animation dissolves between two different views of hot gas in the Perseus galaxy cluster.
Esta animación se compone entre dos puntos de vista diferentes del gas caliente en el cúmulo de galaxias de Perseo. La primera es la mejor vista de X Chandra del gas caliente en la región central del cúmulo de Perseo, donde el rojo, el verde y el azul indican la energía más baja a los rayos X de energía más alta, respectivamente. La imagen más grande incorpora datos adicionales en un campo de visión más amplio. Se ha procesado especialmente para realzar el contraste de los bordes, revelando estructuras sutiles en el gas. La onda está marcada por la curva de arqueo hacia arriba cerca del fondo (centrada alrededor de las 7 en punto). Créditos: NASA / CXC / SAO / E.Bulbul, et al. Y el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA / Stephen Walker et al.

Con un tamaño aproximadamente de 11 millones de años luz  y situado a unos 240 millones de años luz de nosotros, el cúmulo de la galaxia de Perseo se nombra así por su constelación anfitriona. Al igual que todos los cúmulos de galaxias, la mayor parte de su materia observable toma la forma de un gas que promedia decenas de millones de grados, tan caliente que sólo es visible en los rayos X.

                                       

Los datos de  aportados por X Chandra han revelado una variedad de estructuras en este gas, desde las vastas burbujas sopladas por el agujero negro supermasivo en la galaxia central del cúmulo, NGC 1275, a esta  característica cóncava investigada conocida como la “bahía”.

Imagen compuesta de la gigantesca galaxia NGC 1275, también conocida como Perseo A, que se encuentra en el centro del cúmulo de galaxias de  Perseo. Mediante la combinación de imágenes de múltiples longitudes de onda en este único compuesto, la dinámica de la galaxia se hacen visibles. El detalle y la estructura de las longitudes de onda ópticas, de radio y de rayos X se han combinado para una imagen estéticamente agradable que muestra los eventos violentos en el corazón de la galaxia. NGC 1275 es una galaxia activa muy conocida por su fuente de radio (Perseo A) y es un emisor fuerte de rayos X debido a la presencia del agujero negro supermasivo en su centro. Los datos de Hubble de Advanced Camera for Surveys cubren longitudes de onda de luz visible y se muestran en rojo, verde y azul. También se utilizaron datos de radio de Very Large Array de NRAO a 0,91 m. En esta imagen compuesta, los carriles del polvo, las regiones que forman las estrellas, los filamentos del hidrógeno, las estrellas del primero plano, y las galaxias del fondo son aportaciones de los datos ópticos de Hubble. Los datos de rayos X contribuyen a las conchas blandas pero violetas alrededor del exterior del centro. Los lóbulos rosados ​​hacia el centro de la galaxia son de emisión de radio. Los chorros de radio del agujero negro llenan las cavidades de rayos X. Los datos de Chandra del ACIS cubren longitudes de onda de rayos X de 0,1771 a 4,33 nm (0,3-7 KeV).

Para investigar la bahía, los astrónomos combinaron un total de 10,4 días de datos de alta resolución de X Chandra con 5,8 días de observaciones de campo ancho a energías entre 700 y 7.000 electrones voltios. La imagen de rayos X del gas caliente se hizo a partir de esas observaciones. Los investigadores entonces filtraron los datos de una manera que aclaró el contraste de bordes para hacer detalles sutiles más obvios. Un óvalo resalta la ubicación de la enorme onda, que se encuentra rodando a través del gas.

 

A continuación, los investigadores compararon la imagen de Perseo mejorada con las simulaciones por ordenador de la fusión de cúmulos de galaxias que se ejecutan en el supercomputador de las Pléyades en el Centro de Investigación Ames de la NASA.

Perseus Simulation

 

La simulación (mostrada arriba) parece explicar la formación de la bahía. En ella, el gas en un gran grupo similar a Perseo se ha asentado en dos componentes: una región central “fría” con temperaturas alrededor de 54 millones de grados Fahrenheit (30 millones de grados Celsius) y una zona circundante donde el gas es tres veces más caliente. Entonces un pequeño cúmulo de galaxias que contiene alrededor de mil veces la masa de la Vía Láctea bordea el cúmulo mayor, perdiendo su centro por cerca de 650.000 años luz.

La imagen muestra  una perturbación gravitacional que agita y remueve el gas, creando una espiral de expansión de gas frío. Después de unos 2.500 millones de años, cuando el gas ha aumentado a 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 cada vez que hay una diferencia de velocidad a través de la interfaz de dos fluidos, como el viento que sopla sobre el agua y forma una ola. Se pueden encontrar en el océano, en formaciones de nubes en la Tierra y otros planetas, en el plasma cerca de la Tierra, e incluso en el sol.

Fuentes:

https://arxiv.org/abs/1705.00011

http://chandra.si.edu/photo/2017/perseus/

 

 

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