Gdy połączono dane dostarczone przez Teleskop Kosmiczny Chandra oraz obserwacje radiowe z wynikami symulacji komputerowych, międzynarodowy zespół naukowców odkrył ogromną falę gorącego gazu przemierzającą Gromadę w Perseuszu. Jest ona dwukrotnie większa niż cała Droga Mleczna – rozciąga się na odległość 200 tysięcy lat świetlnych. Badacze twierdzą, że powstała miliardy lat temu, gdy mała gromada galaktyk otarła się o Gromadę w Perseuszu i spowodowała turbulencje w dużej ilości gazu wypełniającego przestrzeń.
„Gromada w Perseuszu jest jedną z najbardziej masywnych gromad w naszym sąsiedztwie. Emituje ona niezwykle dużą ilość promieniowania rentgenowskiego, dzięki czemu Kosmiczny Teleskop Chandra dostarcza nam zachwycających szczegółów” tłumaczy Stephen Walker z Centrum Lotów Kosmicznych imienia Roberta H. Goddarda. „Zidentyfikowana przez nas fala jest skutkiem przelotu mniejszej gromady, co oznacza, że proces, który prowadzi do powstawania tak niezwykłych zjawisk, wciąż trwa.”
Zdjęcie Gromady w Perseuszu po zastosowaniu przez naukowców specjalnych filtrów, aby podkreślić szczegóły. W zaznaczonym obszarze znajduje się zaobserwowana fala.
Gromady i supergromady galaktyk są największymi we Wszechświecie konstrukcjami związanymi grawitacją. Około 240 milionów lat świetlnych stąd leży rozciągająca się na 11 milionów lat świetlnych Gromada w Perseuszu. Jak w innych gromadach, większość obecnej tam widzialnej materii to gaz o tak wysokiej temperaturze, że promieniuje jedynie w zakresie fal rentgenowskich.
Dane z teleskopu Chandra ujawniły całą gamę różnych struktur w gazie – od ogromnych bąbli nadmuchanych przez czarną dziurą znajdującą się w galaktyce NGC 1275, aż po tajemniczy wklęsły obszar zwany „zatoką”. Ten kształt nie mógł powstać jako fragment bąbla wywianego przez czarną dziurę. Obserwacje radiowe prowadzone za pomocą obserwatorium Very Large Array w Nowym Meksyku pokazują, że „zatoka” nie emituje promieniowania, a w przypadku zjawisk związanych z aktywnością czarnych dziur występuje promieniowanie. W dodatku standardowe modele burzliwego gazu zazwyczaj tworzyły struktury wygięte w przeciwną stronę.
Stephen Walker i jego współpracownicy postanowili wykorzystać dane pochodzące z obserwacji gromady w Perseuszu, aby dokładniej zbadać „zatokę”. Połączyli 10,4 dni danych o wysokiej rozdzielczości z 5,8 dniami obserwacji szerokiego pola w zakresie energii od 700 do 7000 eV. Dla porównania światło widzialne charakteryzuje się energią od 2 do 3 eV. Następnie dokonali obróbki danych z teleskopu, aby podkreślić krawędzie kształtów i najmniejsze szczegóły. Zmodyfikowane zdjęcie porównali z symulacjami komputerowymi procesu łączenia gromad galaktyk, którą przygotował John ZuHone – astrofizyk z Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics. Symulacje przeprowadzone zostały na superkomputerze Pleiades obsługiwanym przez Nasa w Centrum Badawczym imienia Josepha Amesa w Kalifornii.
Jest to najlepsze zdjęcie gromady w Perseuszu wykonane przez teleskop Chandra.
„Łączenie się gromad jest ostatnim etapem tworzenia różnych struktur w kosmosie” tłumaczy ZuHone. „Hydrodynamiczne symulacje tego procesu pozwalają nam dopasować różne parametry fizyczne i wykorzystać to przy analizie danych z obserwacji.“
Jedna z symulacji wydawała się tłumaczyć powstanie „zatoki”. Gaz w dużej gromadzie podzielił się na dwa obszary, w centralnej części był chłodniejszy – 30 milionów stopni Celsjusza, a zewnętrzny rejon ogrzał się do temperatury trzykrotnie wyższej. Wtedy niewielka gromada o masie 1000 razy większej niż masa Drogi Mlecznej, otarła się o nią mijając centrum o około 650 tysięcy lat świetlnych. Przelot gromady spowodował grawitacyjne zaburzenia, które doprowadziły do powstania spirali zimnego gazu. Po 2,5 miliardach lat, gdy oddaliła się ona o 500 tysięcy lat świetlnych od środka skupiska galaktyk, utworzyły się rozległe fale, które przemierzają obrzeża gromady przez kolejne kilkaset milionów lat, aż się rozproszą.
Zaobserwowane fale są gigantycznym rodzajem fal Kelvina-Helmholtza, które pojawiają się, gdy występuje różnica prędkości między powierzchniami dwóch sąsiadujących substancji. Przykłady tego zjawiska można znaleźć w oceanach, podczas formowania chmur lub na Słońcu.
„Sądzimy, że „zatoka” w gromadzie Perseusza jest fragmentem największej dotychczas zaobserwowanej fali Kelvina-Helmholtza, która powstała w sposób opisany na podstawie symulacji” opowiada Walker. „Podobne formy materii znaleźliśmy w gromadzie w Centaurze oraz w gromadzie Abell 1795.”
Naukowcy zauważyli również, że wielkość fali zależy od pola magnetycznego. Jeśli jest ono słabe, fale osiągają duże rozmiary, a w silnym polu nie są w stanie nawet powstać. Dzięki tej metodzie astronomowie mogli opisać pole magnetyczne na obszarze tych gromad. Takich pomiarów nie da się wykonać w żaden inny sposób.
Dokument zawierający wyniki tych badań można znaleźć na stronie Królewskiego Towarzystwa Astronomicznego.
Wszystkie dane otrzymane podczas symulacji opublikowane zostały w internetowym katalogu.
