Os Titãs do Espaço - O que acontece quando aglomerados galácticos colidem?

abril 22, 2022

Os Titãs do Espaço - O que acontece quando aglomerados galácticos colidem?

Crédito: Raio-X: NASA/CXC/Leiden UNIV./A. Botteon et ai.; Radio: LOFAR/ASTRON; Óptico/IR: PanSTARRS

Os aglomerados de galáxias são os titãs do espaço, as maiores estruturas do Universo mantidas juntas pela gravidade, contendo centenas ou mesmo milhares de galáxias individuais imersas em oceanos gigantes de gás superaquecido.

Em aglomerados de galáxias, a matéria normal - como os átomos que constituem as estrelas, planetas e tudo na Terra - está principalmente na forma de gás quente e estrelas. A massa do gás quente entre as galáxias é muito maior do que a massa das estrelas em todas as galáxias.

Essa matéria normal está ligada ao aglomerado pela gravidade de uma massa ainda maior de matéria escura. Por causa das enormes massas e velocidades envolvidas, as colisões e fusões entre aglomerados de galáxias estão entre os eventos mais energéticos do Universo.

No novo estudo do aglomerado de galáxias Abell 1775, uma equipe de astrônomos liderados por Andrea Botteon da Universidade de Leiden, na Holanda, anunciou que encontrou um padrão em forma de espiral nos dados de raios-X do Chandra. Os resultados desse estudo indicam que Abell 1775 teve um passado turbulento.

Quando dois aglomerados de galáxias de tamanhos diferentes colidem, o aglomerado menor começa a passar pelo maior. (Por causa de sua massa superior, o aglomerado maior tem vantagem quando se trata de atração gravitacional.) Conforme o aglomerado menor se move, seu gás quente é removido devido ao atrito. Isso deixa um rastro, ou cauda, que fica atrás do aglomerado.

Depois que o centro do aglomerado menor passa pelo centro do maior, o gás na cauda começa a encontrar menos resistência e ultrapassa o centro do aglomerado. Isso pode fazer com que a cauda seja "atirada" ao voar para o lado, curvando-se ao se estender para longe do centro do aglomerado.

Os dados mais recentes do Chandra contêm evidências - incluindo o brilho dos raios-X e as temperaturas que eles representam - para uma dessas caudas curvas de "estilingue". Estudos anteriores de Abell 1775 com Chandra e outros telescópios sugeriram, mas não confirmaram, que havia uma colisão em andamento neste sistema.

Região do Aglomerado de Galáxias Abell 1775

Imagem em dados ópticos do Pan-STARRS

A nova imagem de Abell 1775 é composta por dados de raios-X de Chandra (azul), dados ópticos do telescópio Pan-STARRS no Havaí (azul, amarelo e branco) e dados de rádio do LOw Frequency ARray (LOFAR) na Holanda (vermelho).

Crédito: Raio-X: NASA/CXC/Leiden UNIV./A. Botteon et ai.; Radio: LOFAR/ASTRON; Óptico/IR: PanSTARRS

A cauda está dentro do quadro nesta imagem junto com uma região de gás com uma borda curva, chamada de "frente fria", que é mais densa e mais fria do que o gás em que está se infiltrando. A cauda e a frente fria se curvam na mesma direção, criando uma aparência espiral.

Os astrônomos descobriram anteriormente que Abell 1775 contém um jato enorme e uma fonte de rádio, que também pode ser vista nesta nova imagem composta. Este jato é alimentado por um buraco negro supermassivo em uma grande galáxia elíptica no centro do aglomerado.

Novos dados do LOFAR e do Giant Metrewave Radio Telescope (GMRT) na Índia revelam que o radio-jato tem, na verdade, 2,6 milhões de anos-luz de comprimento. Isso é quase o dobro do que os astrônomos pensavam que era antes e o torna um dos mais longos já observados em um aglomerado de galáxias. A estrutura do jato muda abruptamente à medida que atravessa o gás de densidade mais baixa na parte superior da imagem, através da borda da frente fria, implicando que a colisão o afetou.

De acordo com o novo estudo, os movimentos do gás dentro do cluster podem ser responsáveis por outras estruturas detectadas pela observação de Abell 1775 em ondas de rádio, como dois filamentos localizados próximos à origem do jato (um deles está rotulado).

Os dados do LOFAR e do Chandra também permitiram aos pesquisadores estudar em grande detalhe os fenômenos que contribuem para a aceleração dos elétrons tanto no jato desta galáxia quanto na emissão de rádio perto do centro do aglomerado maior.

Existe uma explicação alternativa para o aparecimento do aglomerado. Conforme um pequeno aglomerado se aproxima de um maior, o gás quente denso do aglomerado maior será atraído pela gravidade. Depois que o aglomerado menor passa pelo centro do outro aglomerado, a direção do movimento do gás do aglomerado se inverte e ele viaja de volta para o centro do aglomerado. O gás de aglomerado se move pelo centro novamente e "balança" para frente e para trás, semelhante a vinho espirrando em um copo que foi empurrado para o lado. O gás espalhado termina em um padrão espiral porque a colisão entre os dois aglomerados foi descentralizada.

A equipe de Andrea Botteon favorece o cenário de cauda de estilingue, mas um grupo separado de astrônomos liderados por Dan Hu, da Universidade Jiao Tong de Xangai, na China, favorece a explicação de sloshing com base em dados de Chandra e XMM-Newton da ESA.

Ambos os cenários de estilingue e sloshing envolvem uma colisão entre dois aglomerados de galáxias. Eventualmente, os dois aglomerados se fundirão totalmente para formar um único aglomerado de galáxias maior.

Outras observações e modelagem de Abell 1775 são necessárias para ajudar a decidir entre esses dois cenários.

Crédito: Raio-X: NASA/CXC/Leiden UNIV./A. Botteon et ai.; Radio: LOFAR/ASTRON; Óptico/IR: PanSTARRS

- Região esférica de gás mais densa e fria (em azul) - gás do aglomerado de galáxias maior;

- Região de gás quente (em branco) - gás do aglomerado de galáxias menor - emite um filamento de gás (em vermelho);

- Os filamentos de gás seguem para o mesmo lado (em vermelho);

Há duas galáxias elípticas (branco brilhante) e, em uma delas, há um buraco negro supermassivo emitindo uma jato de gás.

Essas características são o resultado de dois aglomerados de galáxias colidindo um com o outro.

O Aglomerado de Galáxias Abell 1775 está localizado a cerca de 960 milhões de anos-luz da Terra, em direção da constelação de Bootes, e a imagem apresentada abrange um diâmetro de 5,6 milhões de anos-luz.

Nota: Um artigo descrevendo os resultados da equipe de Botteon foi publicado na revista Astronomy and Astrophysics e está disponível online . O trabalho separado sobre a teoria do "sloshing" liderado por Dan Hu foi aceito para publicação no The Astrophysical Journal e também está disponível online .

O Marshall Space Flight Center da NASA gerencia o programa Chandra. O Chandra X-ray Center do Smithsonian Astrophysical Observatory controla a ciência de Cambridge, Massachusetts, e as operações de vôo de Burlington, Massachusetts.

Fonte: Observatório de Raios-X Chandra/NASA Crédito: Raio-X: NASA/CXC/Leiden UNIV./A. Botteon et ai.; Radio: LOFAR/ASTRON; Óptico/IR: PanSTARRS

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