Las baterías de las galaxias se acumulan de cientos a miles de galaxias unidas por la gravedad. La aclaración de la dinámica interna de estas estructuras extraordinarias es la clave para comprender su creación y, por lo tanto, encontrar conocimiento de la pregunta y el contenido de energía de todo el universo. En una publicación de la revista especializada «Naturaleza», los investigadores de Marc Audard con las observaciones más detalladas de los movimientos internos en la Galaxia de Centaurus, que está a unos 120 millones de años luz de la Tierra, dan un paso decisivo hacia adelante.
La observación de pilas de galaxias tiene una larga historia en la que ha revelado sorpresas cósmicas. El astrónomo suizo Fritz Zwicky fue el primero en darse cuenta de que los movimientos rápidos de las galaxias de aproximadamente 2000 kilómetros por segundo solo pueden explicarse en la pila de coma utilizando la hipótesis de que estas galaxias se mantienen unidas por la atracción de una gran cantidad de materia oscura. La masa de esta forma invisible de material excede la masa de las estrellas en una galaxia.
Hoy, las galaxias son las estructuras más grandes relacionadas con las conocidas gravitativamente en el universo. Mostrar masas de varios diez mil millones (1013) hasta miles de millones (1015) Masas sólidas. Según el modelo cosmológico estándar, en el que la sustancia del universo domina a partir de una forma desconocida de materia oscura y su expansión se acelera por una energía oscura aún más misteriosa, los rigüeyos de la Galaxia son las últimas estructuras que se han formado.
Además de su materia oscura dominante y la masa de sus estrellas visibles, aproximadamente el 10-15 por ciento de la masa total de la acumulación de galaxia se compone de un plasma generalizado y extremadamente caliente, que consiste principalmente en iones de hidrógeno y helio y alcanza temperaturas de varios diez millones de Kelvin. A temperaturas tan altas, el plasma está completamente ionizado y envía rayos x intensivos. Esto se realiza principalmente por el proceso conocido como radiación de frenos, en el que los electrones de plasma se rocían en iones y emiten partículas de luz (fotones).
Este plasma también contiene una pequeña parte de elementos más pesados del Elio y que se llaman metales astrofísicos. Estos metales son para productos de nucleosíntesis en las estrellas y son arrojados al plasma por procesos de alta energía, por ejemplo, por núcleos galácticos activos (AGN). Estos AGN albergan agujeros negros extremadamente enormes en sus centros con masas hasta los miles de millones de la masa del sol. Los agujeros negros recolectan gas del área circundante, un proceso en el que se libera energía.
Los astrónomos pueden determinar la presencia de metales examinando las líneas de emisión. Estas sugerencias en las emisiones de la luz ocurren en ciertas frecuencias y se generan en conchas nucleares a partir de transiciones de energía atómica. Las líneas espectrales que se superponen en un espectro de radiación de frenado más amplio contienen información sobre las propiedades físicas del plasma. Su fuerza muestra la frecuencia de metales que contaminan el plasma y, por lo tanto, rastrean la historia de la formación de estrellas en las galaxias grupales. Además, los movimientos de plasma se pueden leer desde el ancho y el movimiento Doppler (cambio de frecuencia) de las líneas si los enfrentan con las líneas de un objeto estático. En estos movimientos, tanto la gravedad que condujo a la formación del grupo como a la enorme energía de las enormes galaxias activas se ven afectadas en el centro de la pila (ver «intuiciones en los movimientos del plasma galáctico», A y B). La cuantificación y la caracterización de estos movimientos son cruciales para las aplicaciones cosmológicas y astrofísicas de los montones de galaxia.
Para su estudio, el equipo de Audard utilizó las habilidades tecnológicas avanzadas del telescopio espacial Xrism (misión y espectroscopía de imágenes X -Ray). Esta misión conjunta de la Agencia de Exploración Aeroespacial de la NASA y Japón (JAXA) con la participación de la Organización Espacial Europea ESA se inició en 2023
La peculiaridad del xrismo satelital es su espectrómetro X -Ray, cuyos detectores ofrecen una resolución energética sin precedentes. Esta herramienta puede reconocer las diferencias solo por unas pocas por mil en la energía de los fotones X -Ray. Gracias a esta extraordinaria resolución energética, el equipo alrededor de Audard ha podido llevar a cabo un análisis cuidadoso del ancho de las líneas de emisión de diferentes metales. A partir de esto, la velocidad del plasma podría derivar, que contiene estos metales en una región central con un diámetro de aproximadamente 200,000 años de luz.
Ideas sobre los movimientos del plasma galáctico | El mapa de densidad de gas se obtuvo en una simulación hidrodinámica cosmológica de una pila de galaxias (A). El grado de rotación del rango de velocidad se ha demostrado para el mismo papel (b). Ambas imágenes muestran cómo los flujos de gases se extienden en los grupos de galaxias, es decir, escaleras cosmológicas más grandes, en las que la densidad del gas es demasiado baja para reconocer las emisiones de rayos x, en escaleras más pequeñas en las que es posible detectar una mayor densidad de gas conduce a herramientas de herramientas como el xrismo. A la derecha es un rayo x del centauro, registrado con el telescopio de rayos X de la NASA Chandra de 2 a 7 kiloelectroni volt (C). Las regiones individuales que fueron registradas por las observaciones con xrismo se muestran en la imagen.
Su resultado más importante es que una masa total de Plasman de aproximadamente diez mil millones de masas solares en esta región se mueve a una velocidad de aproximadamente 200 kilómetros por segundo en comparación con la galaxia central. En busca de las causas físicas de este movimiento, los investigadores también descubren que el gas cerca de la galaxia central tiene solo una fluctuación de baja velocidad. Esto indica que la energía emitida por el Lign en la galaxia central tiene solo una influencia limitada en el movimiento del plasma observado.
La calidad excepcional de los datos y el análisis cuidadoso presentado en este trabajo muestran claramente que la espectroscopía de rayos X de alta resolución puede proporcionar información circundante sobre la física de plasma dentro del montón. Esto lleva a una comprensión completa de la interacción entre los procesos en las escaleras de unos pocos años de luz en los que AGN libera energía y procesos en escaleras cosmológicas de millones de años luz.
Sin embargo, la notable resolución energética del telescopio espacial Xrism trae una desventaja: al mapeo de los objetos, la resolución de la esquina es bastante baja. En la distancia del centauro, el xrismo no puede disolver ninguna característica en la distribución del plasma que sea inferior a aproximadamente 50,000 años de luz. Esta perspectiva gruesa gruesa impide que los investigadores extraen conclusiones claras sobre los detalles de las velocidades de plasma y, por lo tanto, también a través de sus causas.
Por el contrario, dos viejos telescopios de rayos X, Xmm-Newton de la ASA y en particular el Chandra del Observatorio de Raggi de la NASA, ambos puestos en funcionamiento en 1999, pueden proporcionar imágenes mucho más altas que el plasma dentro de la pila de estrellas. Sin embargo, esto es a expensas de una resolución energética muy escasa, lo que hace imposible los exámenes significativos de las velocidades de plasma.
Se espera que la situación mejore en la segunda mitad de 2030 con el comienzo de la Misión ESA Newathena (nuevo telescopio avanzado para la astrofísica de alta energía). Newathena tendrá una resolución energética que incluso debería superar la del xrismo. Además, hay una capacidad mucho mayor para recopilar fotos de rayos X y que en caso de la calidad de la imagen que es al menos comparable a la de XMM-Newton. Newathena finalmente debería descubrir los mecanismos que guían al poderoso AGN en los centros de los grupos de galaxias. Y al mismo tiempo, debería arrojar luz sobre el desarrollo de las galaxias más masivas en el universo y el plasma caliente que lo rodea.
