Un gruppo di galassie si sta immergendo nell’ammasso di galassie Chioma, lasciando dietro di sé un’enorme coda di gas surriscaldato. Gli astronomi hanno confermato che questa è la coda più lunga conosciuta dietro un gruppo di galassie e l’hanno usata per ottenere una comprensione più profonda di come gli ammassi di galassie – alcune delle strutture più grandi dell’universo – crescono fino alle loro enormi dimensioni.
Gli astronomi hanno addestrato l’Osservatorio a raggi X Chandra della NASA sul gruppo di galassie NGC 4839. I gruppi di galassie sono raccolte di circa 50 galassie o meno che sono legate insieme dalla gravità. Gli ammassi di galassie sono ancora più grandi e possono contenere centinaia o migliaia di singole galassie.
Sia gli ammassi di galassie che i gruppi di galassie sono avvolti da enormi quantità di gas caldo che possono essere studiati meglio usando i raggi X. Queste pozze di gas surriscaldato, sebbene estremamente sottili e diffuse, rappresentano una parte significativa della massa nei gruppi o ammassi di galassie e sono cruciali per la comprensione di questi sistemi.
NGC 4839 si trova vicino al bordo dell’ammasso di galassie Chioma, uno dei più grandi ammassi conosciuti nell’universo a circa 340 milioni di anni luce di distanza. Mentre NGC 4839 si sposta verso il centro dell’ammasso Chioma, il gas caldo nel gruppo di galassie viene strappato via dalla sua collisione con il gas nell’ammasso. Ciò si traduce in una coda che si forma dietro il gruppo di galassie.
L’immagine a sinistra mostra una vista a raggi X dell’ammasso di galassie Coma scattata con l’XMM-Newton dell’ESA (Agenzia spaziale europea) (blu), insieme ai dati ottici dello Sloan Digital Sky Survey (giallo). Il gruppo di galassie NGC 4839 si trova in basso a destra nell’immagine. Il riquadro a destra è l’immagine Chandra (viola) della regione delineata dal quadrato. La testa della coda di NGC 4839 si trova sul lato sinistro dell’immagine di Chandra e contiene la galassia più luminosa del gruppo e il gas più denso. La coda si sposta a destra. (L’immagine di Chandra è stata ruotata in modo che il nord sia di circa 30 gradi a sinistra della verticale.)
I raggi X del gas caldo nelle regioni esterne dell’ammasso Chioma, attraversato da NGC 4839, sono troppo deboli per essere visti nell’immagine XMM mostrata qui, ma sono evidenziati in un’immagine supplementare solo XMM . Questo mosaico di immagini mostra lacune tra le singole immagini in cui non sono stati ottenuti dati e buchi oscuri in cui sono state rimosse sorgenti puntiformi di raggi X.
Questa coda è, infatti, lunga 1,5 milioni di anni luce, o centinaia di migliaia di volte la distanza tra il Sole e la stella più vicina, rendendola la coda più lunga mai vista dietro un gruppo di galassie.
L’attuale luminosità della coda offre agli astronomi un’opportunità speciale per studiare la fisica del gas della coda prima che si mescoli con il gas caldo nell’ammasso e diventi troppo debole per essere studiato. Il gas nella coda dietro NGC 4839 alla fine si fonderà con la grande quantità di gas caldo già presente nel Coma Cluster.
Usando i dati di Chandra per analizzare il gas di fronte al gruppo di galassie, i ricercatori hanno trovato un’onda d’urto – simile a un boom sonico di un jet supersonico – che mostra che NGC 4839 sta viaggiando a circa 3 milioni di miglia all’ora attraverso l’ammasso di galassie. La posizione dell’onda d’urto è evidenziata in una versione etichettata dell’immagine.
Hanno anche studiato la quantità di turbolenza nel gas della coda. Per un’analogia familiare, la turbolenza descrive i movimenti irregolari dell’aria nella nostra atmosfera che possono creare viaggi accidentati sugli aeroplani. Hanno trovato una lieve quantità di turbolenza, il che implica che la conduzione del calore in NGC 4839 è bassa.
Il team ha anche visto possibili prove di strutture speciali chiamate instabilità di Kelvin-Helmholtz su un lato della coda. Gli scienziati trovano queste strutture in vari contesti nello spazio e sulla Terra, comprese le forme delle nuvole. Sono causati da differenze di velocità di strati adiacenti di gas o fluido in movimento. La presenza di instabilità di Kelvin-Helmholtz in NGC 4839 suggerisce che il gas nella coda abbia un debole campo magnetico o un basso livello di viscosità. (L’acqua, ad esempio, è meno viscosa del miele.) Le posizioni delle instabilità di Kelvin-Helmholtz sono fornite in un’immagine Chandra etichettata e in una versione dell’immagine Chandra che è stata elaborata per enfatizzare le regioni dell’immagine con bordi più nitidi.
I ricercatori che hanno esaminato le precedenti osservazioni di NGC 4839 avevano stimato che la sua coda fosse lunga almeno un milione di anni luce. I nuovi dati di Chandra rivelano il nuovo record di 1,5 milioni di anni luce di lunghezza. (Le code dietro altri tre gruppi di galassie che cadono negli ammassi di galassie sono lunghe tra 800.000 e un milione di anni luce.)
Stephen Walker dell’Università dell’Alabama a Huntsville ha presentato questi risultati al 242esimo incontro dell’American Astronomical Society ad Albuquerque, New Mexico. Questi risultati compaiono anche in un articolo di Mohammad Mirakhor, Walker e James Runge nel numero di giugno degli Avvisi mensili della Royal Astronomical Society. Anche Mirakhor e Runge provengono dall’Università dell’Alabama a Huntsville. Il documento è disponibile online all’indirizzo https://arxiv.org/abs/2304.05419.
Il Marshall Space Flight Center della NASA gestisce il programma Chandra. Il Chandra X-ray Center dello Smithsonian Astrophysical Observatory controlla le operazioni scientifiche da Cambridge, Massachusetts, e le operazioni di volo da Burlington, Massachusetts.
Credito immagine: raggi X: Chandra: NASA/SAO/Univ. dell’Alabama/MS Mirakhor et al.; XMM: ESA/XMM-Newton; Ottico: SDSS; Elaborazione delle immagini: N. Wolk
Maggiori informazioni dall’Osservatorio a raggi X Chandra della NASA.
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