Cientistas descobrem onda gigante circundando o Aglomerado de Galáxias Perseus

Combinando dados do Observatório de Raios-X Chandra com observações de rádio e simulações de computador, um time internacional de cientistas descobriu uma grande onda de gás quente nas vizinhanças do Aglomerado de Galáxias Perseus. Abrangendo cerca de 200 mil anos-luz, a onda possui quase duas vezes o tamanho da nossa galáxia, a Via Láctea.

Os pesquisadores disseram que a onda se formou bilhões de anos atrás, após um pequeno aglomerado de galáxias passar próximo a Perseus, fazendo com que uma enorme quantidade de gás se espalhasse por um grande volume de espaço.

"Perseus é um dos mais massivos aglomerados próximos e o mais brilhante em raios-X, então os dados do Chandra nos fornecem detalhes sem precedentes", diz o cientista líder Stephen Walker no NASA's Goddard Space Flight Center em Greenbelt, Maryland. "A onda que identificamos está associada com a passagem de um pequeno aglomerado, o que mostra que a atividade de fusão que forma essas estruturas gigantes ainda está em progresso."

Uma onda medindo 200 mil anos-luz de diâmetro está circundando o Aglomerado de Galáxias Perseus, de acordo com o Observatório de Raios-X Chandra, da NASA e simulações de computador. A simulação  mostra o distúrbio gravitacional resultante da passagem ocorrida bilhões de anos atrás de um pequeno aglomerado de galáxias pesando cerca de um décimo da massa de Perseus . O evento causou o esfriamento do gás no coração do Aglomerado de Perseus para formar uma grande espiral em expansão, que por fim formou uma onda gigante que já dura centenas de milhões de anos em sua periferia. Eventos de fusão como esse devem acontecer com um intervalo de 3 a 4 bilhões em aglomerados como o de Perseus. Créditos: NASA's Goddard Space Flight Center.

Uma nota descrevendo as descobertas apareceu na edição de junho de 2017 do jornal Notícias Mensais da Sociedade Astronômica Real e está disponível online.

Aglomerados de Galáxias são as maiores estruturas limitadas gravitacionalmente no Universo atual. Com cerca de 11 milhões de anos-luz de diâmetro e distante cerca de 240 milhões de anos-luz, o Aglomerado de Galáxias de Perseus é nomeado em homenagem á constelação onde se localiza. Como todos aglomerados de galáxias, a maioria da sua matéria observável toma a forma de um gás penetrante com mais ou menos dez milhões de graus, tão quente que só os observamos em raios-X.

Observações do Chandra tem revelado uma variedade de estruturas nesse gás, desde grandes bolhas brilhando no buraco negro supermassivo na galáxia central do aglomerado, NGC 1275, à uma enigmática estrutura côncava conhecida como "baía".

Essa imagem em raio-X do gás quente no aglomerado de Perseus foi feito a partir de 16 dias de observações do Chandra. Os pesquisadores filtraram os dados de uma forma que destacasse os contrastes das bordas de forma a fazer detalhes sutis mais óbvios. Uma elipse destaca a localização de uma enorme onda encontrada atravessando o gás. Créditos: NASA's Goddard Space Flight Center/Stephen Walker et. al.

A baía côncava não pode ter sido formada através de bolhas lançadas pelo buraco negro. Observações de rádio usando o Karl G. Jansky Very Large Array no Novo México mostra que a estrutura não produz nenhuma emissão, o oposto do que os cientistas esperariam para algo associado com um buraco negro ativo. Além disso, modelos padrões de espalhamento de gás tipicamente produzem estruturas que se curvam na direção oposta.

Walker e seus colegas se voltaram para observações de Perseus já existentes do Chandra para investigar mais profundamente a baía. Eles combinaram um total de 10,4 dias de dados em alta resolução com 5,8 dias de observações com grande campo de visão em energias entre 700 e 7.000 eletron volts. Para comparação, a luz visível tem energias entre 2 ou 3 eletron volts. Os cientistas então filtraram os dados do Chandra para demarcar as bordas das estruturas e revelar detalhes sutis.

Depois, eles comparam a imagem melhorada dessas bordas do aglomerado de Perseus com simulações de computador de aglomerados de galáxias se fundindo criadas por John ZuHone, um astrofísico do Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics  em Cambridge, Massachusetts. As simulações ocorreram no Supercomputador Pleiades operado pela Divisão Avançada de Supercomputação da NASA no Centro de Pesquisa Ames no Vale do Silício, Califórnia. Embora ele não tenha se envolvido nesse estudo, ZuHone disponibilizou suas simulações em um catálogo online para ajudar astrônomos a estudar aglomerados de galáxias.

"Aglomerados de galáxias em fusão representam o último estágio de formação de estrutura no Cosmos," disse ZuHone. "Simulações da hidrodinâmica de aglomerados se fundindo nos permitem produzir coisas em gás quente e afinar alguns parâmetros da física, como os campos magnéticos. Então nós podemos tentar associar as características detalhadas das estruturas que observamos em raios-X.".

Uma simulação parece ter explicado a formação da baía. Nela, o gás em um grande aglomerado semelhante a Perseus estabeleceu-se em dois componentes, uma região central "fria" com temperaturas de 30 milhões de graus Celsius e uma zona circundante onde o gás é três vezes mais quente. Então um pequeno aglomerado de galáxias contendo mil de vezes a massa da Via Láctea envolveu o aglomerado maior, fazendo com seu centro desaparecesse num raio de 650 mil anos-luz.

A animação intercala-se entre duas diferentes visões do gás quente no aglomerado de galáxias Perseus. O primeiro é a melhor visão feita pelo Chandra do gás quente na região central do aglomerado, onde vermelho, verde e azul indicam raios-X de menores para maiores energias, respectivamente. A maior imagem incorpora dados adicionais com maior campo de visão. A imagem foi especialmente processada para enfatizar o contraste das bordas, revelando detalhes sutis no gás. A onda é marcada pela curva de arco ascendente próxima ao fundo, centrada em cerca de 7 horas. Créditos: NASA/CXC/SAO/E.Bulbul, et. al. e NASA's Goddard Space Flight Center/Stephen Walker et. al.

O rasante do aglomerado menor criou um distúrbio gravitacional que espiralou o gás como creme agitado numa xícara de café, criando uma espiral em expansão de gás frio. Após cerca de 2,5 bilhões de anos, quando o gás surgiu há 500.000 anos-luz do centro, vastas ondas se formaram e se transportaram para sua periferia por centenas de milhares de anos antes de se dissiparem.

Essas ondas são versões gigantes das ondas de Kelvin-Helmholtz, as quais aparecem sempre que há uma diferença de velocidade na interface de dois fluídos, como vento soprando sobre a água. Eles podem ser encontradas no oceano, em formações de nuvens na Terra e em outros planetas, em plasma próximo à Terra, e inclusive no Sol.

Nuvens de Kelvin-Helmholtz, cuja formação se assemelha bastante com as ondas encontradas no aglomerado de Perseus, segundo os pesquisadores. Fonte: internet.

"Pensamos que a estrutura em forma de baía que vimos em Perseus é parte de uma onda de Kelvin-Helmholtz, talvez a maior já identificada, que se formam de uma maneira semelhante como nos mostram as simulações," disse Walker. "Nós também identificamos estruturas semelhantes em dois outros aglomerados de galáxias, Centaurus e Abell 1795."

Os pesquisadores também acham que o tamanho das ondas correspondem à força do campo magnético do aglomerado. Se ele é muito fraco, as ondas se tornam muito maiores do que as observadas. Se for muito forte, elas nem se formam. Esse estudo propiciou aos astrônomos a chance de verificar o campo magnético médio ao longo de todo o volume desses aglomerados, uma medida que é impossível de ser feita através de qualquer outro meio.

Para mais informações, acesse a notícias no site da NASA clicando aqui.