Forskere finder en kæmpe bølge, der ruller gennem Perseus-galaksehoben

Ved at kombinere data fra NASAs Chandra X-ray Observatory med radioobservationer og computersimuleringer, et internationalt hold af videnskabsmænd har opdaget en enorm bølge af varm gas i den nærliggende Perseus-galaksehob. Omkring 200, 000 lysår, bølgen er omkring dobbelt så stor som vores egen Mælkevejsgalakse.

Forskerne siger, at bølgen blev dannet for milliarder af år siden, efter at en lille galaksehob græssede Perseus og fik dens enorme forsyning af gas til at skvulpe rundt i et enormt rumfang.

"Perseus er en af ​​de mest massive nærliggende klynger og den lyseste inden for røntgenstråler, så Chandra-data giver os enestående detaljer, " sagde ledende videnskabsmand Stephen Walker ved NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland. "Den bølge, vi har identificeret, er forbundet med forbiflyvningen af ​​en mindre klynge, hvilket viser, at fusionsaktiviteten, der producerede disse gigantiske strukturer, stadig er i gang."

Et papir, der beskriver resultaterne, vises i juni 2017-udgaven af ​​tidsskriftet Månedlige meddelelser fra Royal Astronomical Society .

Galaksehobe er de største strukturer bundet af tyngdekraften i universet i dag. Omkring 11 millioner lysår på tværs og placeret omkring 240 millioner lysår væk, Perseus-galaksehoben er opkaldt efter sin værtskonstellation. Som alle galaksehobe, det meste af dets observerbare stof har form af en gennemtrængende gas, der i gennemsnit har titusindvis af millioner grader, så varmt, at det kun lyser i røntgenstråler.

Chandra-observationer har afsløret en række forskellige strukturer i denne gas, fra enorme bobler blæst af det supermassive sorte hul i klyngens centrale galakse, NGC 1275, til en gådefuld konkav funktion kendt som "bugten".

Bugtens konkave form kunne ikke være dannet gennem bobler lanceret af det sorte hul. Radioobservationer ved hjælp af Karl G. Jansky Very Large Array i det centrale New Mexico viser, at bugtstrukturen ikke producerer nogen emission, det modsatte af, hvad videnskabsmænd ville forvente for funktioner forbundet med sorte huls aktivitet. Ud over, standardmodeller af brusende gas producerede typisk strukturer, der buer i den forkerte retning.

Walker og hans kolleger henvendte sig til eksisterende Chandra-observationer af Perseus-klyngen for yderligere at undersøge bugten. De kombinerede i alt 10,4 dages højopløsningsdata med 5,8 dages bredfeltsobservationer ved energier mellem 700 og 7, 000 elektronvolt. Til sammenligning, synligt lys har energier mellem omkring to og tre elektronvolt. Forskerne filtrerede derefter Chandra-dataene for at fremhæve kanterne af strukturer og afsløre subtile detaljer.

Næste, de sammenlignede det kantforstærkede Perseus-billede med computersimuleringer af fusionerende galaksehobe udviklet af John ZuHone, en astrofysiker ved Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics i Cambridge, Massachusetts. Simuleringerne blev kørt på Pleiades supercomputeren drevet af NASA Advanced Supercomputing Division ved Ames Research Center i Silicon Valley, Californien. Selvom han ikke var involveret i denne undersøgelse, ZuHone samlede sine simuleringer i et onlinekatalog for at hjælpe astronomer med at studere galaksehobe.

"Galaxy cluster-fusioner repræsenterer det seneste stadie af strukturdannelse i kosmos, " sagde ZuHone. "Hydrodynamiske simuleringer af sammensmeltende klynger giver os mulighed for at producere funktioner i den varme gas og justere fysiske parametre, såsom magnetfeltet. Så kan vi forsøge at matche de detaljerede karakteristika af de strukturer, vi observerer i røntgenstråler."

En simulering syntes at forklare dannelsen af ​​bugten. I det, gas i en stor klynge svarende til Perseus har sat sig i to komponenter, en "kold" central region med temperaturer omkring 54 millioner grader Fahrenheit (30 millioner Celsius) og en omgivende zone, hvor gassen er tre gange varmere. Så kommer en lille galaksehob, der indeholder omkring tusind gange Mælkevejens masse, over den større hob, mangler sit centrum med omkring 650, 000 lysår.

Fly forbi skaber en tyngdekraftsforstyrrelse, der kværner gassen op som fløde rørt i kaffe, skabe en ekspanderende spiral af kold gas. Efter omkring 2,5 milliarder år, når gassen er steget næsten 500, 000 lysår fra centrum, store bølger dannes og ruller i dens periferi i hundreder af millioner af år, før de forsvinder.

Disse bølger er gigantiske versioner af Kelvin-Helmholtz-bølger, som dukker op overalt, hvor der er en hastighedsforskel på tværs af grænsefladen mellem to væsker, såsom vind, der blæser over vandet. De kan findes i havet, i skyformationer på Jorden og andre planeter, i plasma nær Jorden, og endda på solen.

"Vi tror, ​​at bugten vi ser i Perseus er en del af en Kelvin-Helmholtz-bølge, måske den største, der endnu er identificeret, der dannes på nogenlunde samme måde som simuleringen viser, " sagde Walker. "Vi har også identificeret lignende træk i to andre galaksehobe, Centaurus og Abell 1795."

Forskerne fandt også ud af, at størrelsen af ​​bølgerne svarer til styrken af ​​klyngens magnetfelt. Hvis den er for svag, bølgerne når meget større størrelser end de observerede. Hvis for stærk, de dannes slet ikke. Denne undersøgelse gjorde det muligt for astronomer at undersøge det gennemsnitlige magnetfelt gennem hele volumen af ​​disse klynger, en måling, der er umulig at foretage på nogen anden måde.