Naukowcy wyjaśniają, dlaczego gaz w jądrze gromady w Centaurze nie generuje nowych gwiazd tak szybko, jak przewidywano, co jest odkryciem mającym ważne implikacje dla ewolucji gromad galaktyk.
X-Ray Imaging and Spectroscopy Mission (XRISM) to najnowocześniejszy teleskop rentgenowski, uruchomiony w 2023 roku. Inicjatywa skupiła się na regionie przestrzeni kosmicznej znanym jako ośrodek wewnątrzgromadowy (intracluster medium – ICM). Jest to obszar gorącej, rozproszonej plazmy, która wypełnia przestrzeń między galaktykami w gromadzie galaktyk, składający się ze zjonizowanego wodoru, helu, ciężkich pierwiastków i elektronów, wykrywalny przez silną emisję promieniowania rentgenowskiego ze względu na wysoką temperaturę.
W gromadach galaktyk istnieje stary problem – wyjaśnił dr Ming Sun, profesor fizyki i astronomii na UAH, który jest promotorem Kokoro Hosogi, studentki fizyki na UAH, współautorki artykułu opublikowanego w Nature. Jądro wielu gromad jest bardzo jasne w promieniowaniu rentgenowskim, więc można się spodziewać, że z czasem powinno tam być dużo schłodzonego gazu, aby utworzyć gwiazdy, ale widać tam niewiele młodych gwiazd.
Zjawisko to znane jest w astronomii jako „problem przepływu chłodzenia”, odnosi się do rozbieżności między przewidywanym tempem, w jakim gorący gaz w centrum gromad galaktyk powinien się ochładzać, a znacznie niższym obserwowanym tempem formowania się gwiazd w tych regionach, co sugeruje, że większość ochładzającego się gazu w rzeczywistości nie tworzy gwiazd. Uważa się, że rozbieżność ta wynika z mechanizmów sprzężenia zwrotnego z aktywnych jąder galaktycznych (AGN) – bardzo jasnych, zwartych obszarów w centrum galaktyki, zasilanych przez supermasywną czarną dziurę, która aktywnie gromadzi materię, co z kolei ponownie ogrzewa gaz, zapobiegając jego zbyt szybkiemu schładzaniu.
Jednak w przypadku gromady w Centaurze nowe badania pokazują, że centralne, gęste jądro rentgenowskie nie jest nieruchome – zauważył Sun. Zamiast tego może się poruszać wokół dna studni potencjału grawitacyjnego. Ruch ten zapobiega nadmiernemu gromadzeniu się schłodzonego gazu w centrum. Może również redystrybuować energię wstrzykiwaną przez centralne AGN i dostarczać energię cieplną z otaczającego ICM. Kluczowy przełom nastąpił dzięki nowemu instrumentowi w XRISM o nazwie Resolve, który zapewnia spektroskopię rentgenowską o wysokiej rozdzielczości, aby ujawnić masowy ruch gorącego gazu, który był wcześniej całkowicie nieznany, a także zaburzony ruch gorącego gazu.
Dodanie kolejnego ramienia do koła
„Ruch masowy” odnosi się do wielkoskalowych, zorganizowanych przepływów gazu w gromadzie, spowodowanych głównie siłami grawitacyjnymi lub procesami na dużą skalę, takimi jak fuzje. Z kolei ruch turbulentny charakteryzuje się chaotycznymi, nieregularnymi ruchami na mniejszą skalę, takimi jak wiry w gazie, często napędzane niestabilnością i rozpraszaniem energii.
Badania gromady obejmowały gromadzenie danych obserwacyjnych zebranych przez instrument Multi Unit Spectroscopic Explorer (MUSE), który jest zamontowany na Bardzo Dużym Teleskopie. Dane zapewniają szczegółowy obraz spektroskopowy, rejestrujący zarówno intensywność światła, jak i informacje o długości fali w szerokim polu widzenia, co umożliwia astronomom badanie składu chemicznego i dynamiki odległych obiektów astronomicznych z wysoką rozdzielczością przestrzenną w zakresie optycznym.
Jako gościnny naukowiec we współpracy XRISM, mogę przyprowadzić studenta – powiedział Sun. Kokoro ma niemal idealną średnią ocen, a także rozwinęła umiejętność rozwiązywania problemów i debugowania bez szukania pomocy u starszych członków zespołu. Ważne jest, aby studenci rozwinęli tę cechę, aby wzrosła ich pewność siebie.
W ramach projektu Centaurus, Kokoro zredukowała dane VLT/MUSE, a ja przeanalizowałem dane MUSE, aby dostarczyć ważnych informacji, zwłaszcza na temat prędkości centralnej galaktyki, która jest kluczowa dla ograniczenia masowego ruchu gazu wykrytego przez XRISM, a także informacji o prędkości ciepłego, zjonizowanego gazu – dodał Sun. Ze względu na jej wkład, poprosiłem o uwzględnienie Kokoro w artykule. Musiało to przejść przez zespół kierowniczy XRISM, ale zostało zatwierdzone. Tak, to rzadka okazja, ale wniosła ona istotny wkład w projekt.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
University of Alabama
