La NASA descubre un tsunami cósmico que dobla en tamaño a la Vía Láctea

La combinación de datos del telescopio de rayos X Chandra de la NASA con observaciones de radio y simulaciones ha revelado una vasta ola de gas caliente en el cercano cúmulo de galaxias Perseo. Con una extensión de unos 200.000 años luz, este tsunami cósmico tiene aproximadamente el doble del tamaño de la Vía Láctea.

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

"Perseo es uno de los cúmulos masivos más cercanos y el más brillante de rayos X, por lo que los datos de Chandra nos proporcionan un detalle incomparable", dijo el científico principal Stephen Walker en el Goddard Space Flight Center de la NASA en Greenbelt, Maryland. "La ola que hemos identificado está asociada con el sobrevuelo de un grupo más pequeño, lo que demuestra que la actividad de fusión que produjo estas estructuras gigantes sigue en curso", añade.

Los hallazgos han aparecido publicados en un artículo de la edición de junio de 2017 de la revista 'Monthly Notices de la Royal Astronomical Society'.

Los cúmulos de galaxias son las estructuras más grandes unidas por la gravedad en el universo actual. Aproximadamente de 11 millones de años luz de tamaño y situado a unos 240 millones de años luz de distancia, el cúmulo de galaxias de Perseo lleva el nombre de la constelación que lo alberga. Al igual que 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 sólo brilla en los rayos X.

Las observaciones de Chandra han revelado una variedad de estructuras en este gas, desde las vastas burbujas vastas sopladas por el agujero negro supermasivo en la galaxia central del cúmulo, NGC 1275, a una característica enigmática 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 usando el Karl G. Jansky Very Large Array en Nuevo México muestran que la estructura de la bahía no produce emisiones, lo contrario de lo que los científicos esperaban para características asociadas con la actividad de agujero negro. Además, los modelos estándar de gas produjeron estructuras que están en la dirección incorrecta.

Walker y sus colegas revisaron las observaciones de Chandra existentes del grupo de Perseo 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 ancho a energías entre 700 y 7.000 electrón voltios. En comparación, la luz visible tiene energías entre aproximadamente dos y tres electrón voltios. Los científicos entonces filtraron los datos de Chandra para resaltar los bordes de las estructuras y revelar detalles sutiles.

A continuación, compararon la imagen de Perseus mejorada con las simulaciones por ordenador de combinaciones de galaxias desarrolladas por John ZuHone, un astrofísico del Centro Harvard-Smithsoniano de Astrofísica en Cambridge, Massachusetts.

Las simulaciones se realizaron en el supercomputador Pléyades operado por la División de Supercomputación Avanzada de la NASA en el Centro de Investigación Ames en Silicon Valley, California. Aunque no estuvo involucrado en este estudio, ZuHone recopiló sus simulaciones en un catálogo en línea para ayudar a los astrónomos a estudiar cúmulos de galaxias.

"Las fusiones de clusters de galaxias representan la última etapa de la formación de estructuras en el cosmos", dijo ZuHone. "Las simulaciones hidrodinámicas de los cúmulos de fusión nos permiten producir características en el gas caliente y ajustar los parámetros físicos, como el campo magnético, y luego tratar de igualar las características detalladas de las estructuras que observamos en los rayos X".

Una simulación parecía explicar la formación de la bahía. En la misma, el gas en un gran grupo similar a Perseus se ha establecido en dos componentes, una región central "fría" con temperaturas alrededor de 30 millones de 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 en alrededor de 650.000 años luz.

El sobrevuelo crea una perturbación gravitacional que agita el gas como crema agitada en el café, 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, se forman enormes ondas y evolucionan en su periferia durante cientos de millones de años antes de disiparse.

Estas olas son versiones gigantes de las ondas Kelvin-Helmholtz, que aparecen dondequiera que haya una diferencia de velocidad a través de 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 el 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 onda Kelvin-Helmholtz, quizás la más grande aún identificada, que se formó de la misma manera que la simulación muestra", dijo Walker. "También hemos identificado características similares en otros dos grupos de galaxias, Centaurus y Abell 1795".

Los investigadores también encontraron que el tamaño de las olas corresponde a la fuerza del campo magnético del cúmulo. Si es demasiado débil, las olas alcanzan tamaños mucho mayores a los observados. Si es demasiado fuerte no se forman. Este estudio permitió a los astrónomos probar el promedio de campo magnético a través del volumen completo de esos cúmulos, una medida imposible de otro modo.