NGC 4839: las galaxias se sumergen profundamente y dejan atrás la cola ardiente

Un grupo de galaxias se sumerge en el cúmulo de galaxias Coma y deja atrás una enorme cola de gas sobrecalentado. Los astrónomos han confirmado que esta es la cola más larga conocida detrás de un grupo de galaxias y la utilizaron para obtener una comprensión más profunda de cómo los cúmulos de galaxias, algunas de las estructuras más grandes del universo, crecen hasta alcanzar sus enormes tamaños.

El grupo de galaxias NGC 4839 se sumerge en el cúmulo de galaxias Coma y deja atrás una cola de gas sobrecalentado. Usando Chandra, los astrónomos confirmaron que esta es la cola más larga conocida detrás de un grupo de galaxias, lo que informa cómo los cúmulos de galaxias, algunas de las estructuras más grandes del Universo, crecen hasta alcanzar sus enormes tamaños. Los datos de XMM-Newton y Sloan Digital Sky Survey muestran la imagen de campo completo del cúmulo de Coma. El primer plano es la imagen de Chandra de la región. La cola detrás de NGC 4839 se ve de izquierda a derecha en la imagen de Chandra, que se ha girado para que el norte esté unos 30 grados a la izquierda de la vertical. Crédito: Rayos X: Chandra: NASA/SAO/Univ. de Alabama/M. S. Mirakhor; XMM-Newton: ESA; Óptico: SDSS

Los astrónomos entrenaron al Observatorio de rayos X Chandra de la NASA en el grupo de galaxias NGC 4839. Los grupos de galaxias son colecciones de aproximadamente 50 galaxias o menos que están unidas por la gravedad. Los cúmulos de galaxias son aún más grandes y pueden contener cientos o miles de galaxias individuales.

Tanto los cúmulos de galaxias como los grupos de galaxias están envueltos por enormes cantidades de gas caliente que se estudian mejor con rayos X. Estas piscinas de gas sobrecalentado, aunque extremadamente delgadas y difusas, representan una porción significativa de la masa en grupos o cúmulos de galaxias y son cruciales para comprender estos sistemas.

NGC 4839 se encuentra cerca del borde del cúmulo de galaxias Coma, uno de los cúmulos más grandes conocidos en el universo, a unos 340 millones de años luz de distancia. A medida que NGC 4839 se mueve hacia el centro del cúmulo de Coma, el gas caliente del grupo de galaxias es eliminado por su colisión con el gas del cúmulo. Esto da como resultado que se forme una cola detrás del grupo de galaxias.

La imagen de la izquierda muestra una vista de rayos X del cúmulo de galaxias Coma tomada con el XMM-Newton de la ESA (Agencia Espacial Europea) (azul), junto con datos ópticos del Sloan Digital Sky Survey (amarillo). El grupo de galaxias NGC 4839 se encuentra en la parte inferior derecha de esa imagen. El recuadro de la derecha es la imagen de Chandra (púrpura) de la región delineada por el cuadrado. La cabeza de la cola de NGC 4839 está en el lado izquierdo de la imagen de Chandra y contiene la galaxia más brillante del grupo y el gas más denso. La cola se arrastra hacia la derecha. (La imagen de Chandra se ha girado para que el norte esté unos 30 grados a la izquierda de la vertical).

Los rayos X del gas caliente en las regiones exteriores del cúmulo de Coma, a través del cual viaja NGC 4839, son demasiado débiles para verse en la imagen XMM que se muestra aquí, pero se resaltan en una imagen complementaria solo de XMM. Este mosaico de imágenes muestra espacios entre imágenes individuales donde no se obtuvieron datos y agujeros oscuros donde se eliminaron fuentes puntuales de rayos X.

Esta cola tiene, de hecho, 1,5 millones de años luz de largo, o cientos de miles de veces la distancia entre el Sol y la estrella más cercana, lo que la convierte en la cola más larga jamás vista detrás de un grupo de galaxias.

El brillo actual de la cola brinda a los astrónomos una oportunidad especial para estudiar la física del gas de la cola antes de que se mezcle con el gas caliente del cúmulo y se vuelva demasiado débil para estudiarlo. El gas en la cola detrás de NGC 4839 finalmente se fusionará con la gran cantidad de gas caliente que ya está presente en el Coma Cluster.

Credit: NASA/SAO/Univ. of Alabama/M. S. Mirakhor et al. 

Usando los datos de Chandra para analizar el gas frente al grupo de galaxias, los investigadores encontraron una onda de choque, similar al estampido sónico de un avión supersónico, que muestra que NGC 4839 viaja a aproximadamente 3 millones de millas por hora a través del cúmulo de galaxias. La ubicación de la onda de choque se resalta en una versión etiquetada de la imagen.

También estudiaron la cantidad de turbulencia en el gas de la cola. Para una analogía familiar, la turbulencia describe los movimientos irregulares del aire en nuestra atmósfera que pueden provocar viajes llenos de baches en los aviones. Encontraron una leve cantidad de turbulencia, lo que implica que la conducción de calor en NGC 4839 es baja.

El equipo también vio posible evidencia de estructuras especiales llamadas inestabilidades de Kelvin-Helmholtz en un lado de la cola. Los científicos encuentran estas estructuras en varios entornos en el espacio y en la Tierra, incluso en formas de nubes. Son causados por diferencias en la velocidad de capas adyacentes de gas o fluido en movimiento. La presencia de inestabilidades de Kelvin-Helmholtz en NGC 4839 sugiere que el gas de la cola tiene un campo magnético débil o un bajo nivel de viscosidad. (El agua, por ejemplo, es menos viscosa que la miel). Las ubicaciones de las inestabilidades de Kelvin-Helmholtz se dan en una imagen de Chandra etiquetada y una versión de la imagen de Chandra que ha sido procesada para enfatizar regiones en la imagen con bordes más nítidos.

Los investigadores que observaron observaciones anteriores de NGC 4839 habían estimado que su cola tenía al menos un millón de años luz de largo. Los nuevos datos de Chandra revelan el nuevo récord de 1,5 millones de años luz de longitud. (Las colas detrás de otros tres grupos de galaxias que caen en cúmulos de galaxias tienen entre 800.000 y un millón de años luz de largo).

Stephen Walker de la Universidad de Alabama en Huntsville presentó estos resultados en la 242ª reunión de la Sociedad Astronómica Americana en Albuquerque, Nuevo México. Estos resultados también aparecen en un artículo de Mohammad Mirakhor, Walker y James Runge en la edición de junio de Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Mirakhor y Runge también son de la Universidad de Alabama en Huntsville. El documento está disponible en línea en https://arxiv.org/abs/2304.05419.

El Centro de Vuelo Espacial Marshall de la NASA administra el programa Chandra. El Centro de rayos X Chandra del Observatorio Astrofísico Smithsonian controla las operaciones científicas desde Cambridge, Massachusetts, y las operaciones de vuelo desde Burlington, Massachusetts.

Crédito de rayos X: Chandra: NASA/SAO/Univ. de Alabama/M. S. Mirakhor y col.; XMM: ESA/XMM-Newton; Óptica: SDSS; Procesamiento de imágenes: N. Wolk

Publicado en Chandra el 6 de junio del 2023, enlace publicación.