Een internationaal team van wetenschappers heeft ontdekt dat een enorme golf van heet gas zich een weg baant door de cluster van Perseus-sterrenstelsels. De golf is een gigantische versie van wat een Kelvin-Helmholtz-golf wordt genoemd. Ze worden gemaakt wanneer twee vloeistoffen elkaar kruisen met verschillende snelheden: bijvoorbeeld wanneer wind over water waait.
In dit geval werd de golf veroorzaakt door een kleine cluster van melkwegstelsels die de Perseus-cluster begraasde en een reeks gebeurtenissen veroorzaakte die miljarden jaren duurden. De bevindingen verschijnen in een paper in het nummer van juni 2017 van het tijdschrift Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
"De golf die we hebben geïdentificeerd, wordt geassocieerd met de flyby van een kleinere cluster, wat aantoont dat de fusieactiviteit die deze gigantische structuren voortbracht, nog steeds voortduurt." - Stephen Walker, NASA's Goddard Space Flight Center.
"Perseus is een van de meest massieve clusters in de buurt en de helderste in röntgenstralen, dus Chandra-gegevens geven ons ongeëvenaarde details", zegt hoofdwetenschapper Stephen Walker van het Goddard Space Flight Center van NASA in Greenbelt, Maryland. "De golf die we hebben geïdentificeerd, wordt geassocieerd met de flyby van een kleinere cluster, wat aantoont dat de fusieactiviteit die deze gigantische structuren voortbracht, nog steeds voortduurt."
De Perseus-melkwegcluster, ook wel Abell 426 genoemd, is 240 miljoen lichtjaar van ons verwijderd en heeft een diameter van ongeveer 11 miljoen lichtjaar. Het is een van de meest massieve objecten die we kennen en het is genoemd naar het sterrenbeeld Perseus, dat in hetzelfde deel van de hemel verschijnt.
Clusters van sterrenstelsels zijn de grootste door zwaartekracht gebonden objecten in het heelal. De meeste waarneembare materie in clusters van sterrenstelsels is gas. Maar het gas is superheet - tientallen miljoenen graden heet - wat betekent dat het röntgenstralen uitzendt.
Röntgenobservaties van Perseus hebben verschillende kenmerken en structuren in de gasstructuur van het cluster onthuld. Sommige zijn bubbelachtige kenmerken die worden veroorzaakt door het supergrote zwarte gat (SMBH) in NGC 1275, het centrale sterrenstelsel van de Perseus-cluster. Een andere van deze functies staat bekend als 'de baai'. De baai is een concave functie die niet gevormd kon zijn door de SMBH.
De baai is een puzzel omdat hij geen emissies produceert, die je zou verwachten van iets dat door een SMBH wordt gevormd. De baai voldoet ook niet aan modellen van hoe gas zich in deze situatie moet gedragen.
De leidende wetenschapper achter de studie is Stephen Walker in het Goddard Space Flight Center van NASA. Walker wendde zich tot het Chandra X-ray Observatory om deze puzzel op te lossen. Bestaande Chandra-afbeeldingen van de Perseus-cluster werden gefilterd om de randen van structuren te accentueren en subtiele details beter zichtbaar te maken.
Deze gefilterde en verwerkte afbeeldingen werden vervolgens vergeleken met computersimulaties van samenvoegende melkwegclusters. John ZuHone, astrofysicus bij het Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, heeft een online catalogus van deze simulaties gemaakt.
"Fusies van melkwegclusters vertegenwoordigen de laatste fase van structuurvorming in de kosmos." -John ZuHone, Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics.
“Fusies van melkwegclusters vertegenwoordigen het laatste stadium van structuurvorming in de kosmos. Hydrodynamische simulaties van samenvoegende clusters stellen ons in staat om kenmerken in het hete gas te produceren en fysieke parameters, zoals het magnetische veld, af te stemmen. Vervolgens kunnen we proberen de gedetailleerde kenmerken van de structuren die we in röntgenstralen waarnemen, te matchen. ” -John ZuHone, Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics.
Een van de simulaties kwam overeen met wat astronomen in Perseus zagen. Daarin had een grote cluster zoals Perseus zich in twee regio's gevestigd: een kouder gasgebied van ongeveer 30 miljoen graden Celsius en een heter gasgebied van bijna 100 miljoen graden Celsius. In dit model passeert een cluster kleiner dan Perseus, maar ongeveer duizend keer zwaarder dan de Melkweg, dicht bij Perseus en mist het centrum ongeveer 650.000 lichtjaar.
Dat gebeurde ongeveer 2,5 miljard jaar geleden en het veroorzaakte een reeks gebeurtenissen die zich nog steeds afspeelde.
De bijna-ongeluk veroorzaakte een zwaartekrachtverstoring die een uitdijende spiraal van het koudere gas veroorzaakte. Aan de rand van de spiraal van kouder gas heeft zich een enorme gasgolf gevormd, die het snijdt met het heter gas. Dit is de Kelvin-Helmholtz-golf in de afbeeldingen.
"We denken dat de baaifunctie die we in Perseus zien deel uitmaakt van een Kelvin-Helmholtz-golf, misschien wel de grootste die tot nu toe is geïdentificeerd, die zich op vrijwel dezelfde manier heeft gevormd als de simulatie laat zien," zei Walker. "We hebben ook vergelijkbare kenmerken geïdentificeerd in twee andere sterrenstelselclusters, Centaurus en Abell 1795."
De studie leverde nog een ander voordeel op dan alleen het spotten van een onmogelijk enorme golf. Hiermee kon het team de magnetische eigenschappen van de Perseus-cluster meten. De onderzoekers ontdekten dat de sterkte van het magnetische veld in de cluster de grootte van de gasgolf beïnvloedde. Als het veld te sterk is, vormen de golven zich helemaal niet en als het magnetische veld te zwak is, zouden de golven nog groter zijn.
Er is volgens het team geen andere bekende manier om het magnetische veld te meten.
Bron: wetenschappers vinden gigantische golven die door de Perseus-melkwegcluster rollen
