Cientistas descobrem onda gigante no enxame galáctico de Perseu

Combinando dados do Observatório Chandra de Raios-X da NASA com observações de rádio e simulações de computador, uma equipa internacional de cientistas descobriu uma enorme onda de gás quente no enxame de galáxias de Perseu. Abrangendo cerca de 200 mil anos-luz, a onda tem cerca de duas vezes o tamanho da Via Láctea.

Os investigadores dizem que a onda se formou há milhares de milhões de anos, depois de um pequeno enxame de galáxias ter passado pelo enxame de Perseu, fazendo com que a grande quantidade de gás armazenado se agitasse em redor de um enorme volume de espaço.

“Perseu é um dos enxames próximos mais massivos e o mais brilhante em raios-X e, por isso, os dados do Chandra fornecem-nos detalhes ímpares,” disse Stephen Walker, do Goddard Space Flight Center da NASA, em Greenbelt, Maryland. “A onda que identificámos está associada à passagem rasante de um enxame mais pequeno, o que mostra que a atividade de fusão que produziu estas gigantescas estruturas ainda está a decorrer.”

Os enxames de galáxias são as maiores estruturas ligadas pela gravidade que existem no Universo. Com cerca de 11 milhões de anos-luz de extensão e localizado a uma distância de aproximadamente 240 milhões de anos-luz, o enxame de galáxias de Perseu tem o nome ligado à constelação que o acolhe. Como todos os enxames de galáxias, a maior parte de sua matéria observável toma a forma de um gás penetrante atingindo em média dezenas de milhões de graus, tão quente que só brilha em raios-X.

As observações com o Chandra revelaram uma diversidade de estruturas neste gás, desde grandes bolhas sopradas pelo buraco negro supermassivo na galáxia central do enxame, NGC 1275, a uma enigmática característica côncava conhecida como a “baía”.

Simulação da onda de gás quente no enxame de galáxias de Perseu. Créditos: NASA’s Goddard Space Flight Center.

A forma côncava da baía não pode ter sido formada através de bolhas lançadas pelo buraco negro. Observações de rádio usando o VLA (Karl G. Jansky Very Large Array), no Novo México, mostram que a estrutura da baía não produz nenhuma emissão, ao contrário do que os cientistas esperariam de uma característica associada à atividade de um buraco negro. Além disso, os modelos padrão de agitação de gás normalmente produzem estruturas que definem uma trajetória de arco na direção errada.

Walker e a sua equipa viraram-se para as observações já existentes do Chandra para investigarem a baía. Combinaram um total de 10,4 dias de dados de alta resolução com 5,8 dias de observações de campo largo em energias entre os 700 e 7000 eletrões-volt. Só para comparação, a energia da luz visível varia entre os 2 e os 3 eletrões-volt. Os cientistas filtraram então os dados do Chandra para destacar os limites da estrutura e revelar os pequenos detalhes.

Compararam em seguida a imagem melhorada de Perseu com simulações de computador de fusões de enxames de galáxias desenvolvidas por John ZuHone, astrofísico do Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica, em Cambridge, Massachusetts. As simulações foram corridas no supercomputador Pleiades, operado pela NASA, no Ames Research Center, em Silicon Valley, Califórnia. Embora não estivesse envolvido neste estudo, ZuHone compilou as suas simulações num catálogo online para ajudar os astrónomos que estudam enxames de galáxias.

“As fusões de enxames de galáxias representam a última fase da formação de estruturas no Universo”, disse ZuHone. “As simulações hidrodinâmicas de fusão de enxames permitem-nos produzir características no gás quente e ajustar parâmetros físicos, tais como o campo magnético. Depois, podemos tentar relacioná-las com as características detalhadas das estruturas que observamos em raios-X.”

Uma das simulações parece explicar a formação da baía: o gás num grande enxame semelhante a Perseu assenta em duas componentes, uma região central “fria”, com temperaturas à volta dos 30 milhões de graus Celsius, e uma zona circundante onde o gás é três vezes mais quente. Depois, um pequeno enxame de galáxias contendo cerca de mil vezes a massa da Via Láctea contorna o enxame maior, falhando o seu centro por aproximadamente 650 mil anos-luz.

A passagem rasante cria um distúrbio gravitacional que agita o gás, formando uma espiral de gás frio em expansão. Cerca de 2,5 mil milhões de anos depois, quando o gás se eleva até quase 500 mil anos-luz do centro, formam-se vastas ondas que rolam na periferia durante centenas de milhões de anos até se dissiparem.

Estas ondas são versões gigantes das ondas de Kelvin-Helmholtz, que surgem quando há uma diferença de velocidades na interface de dois fluidos, como quando o vento sopra sobre a água. Estas ondulações ocorrem nos oceanos, em formações nublosas na Terra e em outros planetas, no plasma próximo da Terra, e até mesmo no Sol.

“Pensamos que a característica em forma de baía que vemos em Perseu faz parte de uma onda de Kelvin-Helmholtz, talvez a maior até agora identificada, que se formou de modo semelhante ao que mostra a simulação,” disse Walker. “Também identificámos características semelhantes em outros dois enxames de galáxias, Centaurus e Abell 1795.”

Os investigadores também descobriram que o tamanho das ondas corresponde à intensidade do campo magnético do enxame. Se for muito fraco, as ondas atingem tamanhos muito maiores que os observados. Se for muito forte, elas não se formam. Este estudo permitiu aos astrónomos estudarem o campo magnético médio no volume total destes enxames, um estudo impossível de fazer por qualquer outro meio.

O artigo que descreve estes resultados surge na edição de junho de 2017 da revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society e está disponível online.

Fonte da notícia: NASA