Nya observationer från den japanska röntgenobservationssatelliten XRISM har kastat ljus över ett kosmiskt mysterium i galaxhopen Centaurushopen. Mellan december 2023 och januari 2024 riktades XRISM mot galaxen NGC 4696, där ett supermassivt svart hål med en massa på 2 miljarder solar regerar. Forskarna fann att den heta gasen mellan galaxerna i hopens centrum rör sig i vår riktning med hastigheter mellan 130 och 310 km/s – ett tecken på att tidigare kollisioner med mindre galaxhopar satt gasen i gungning.
Överraskande nog var den småskaliga turbulensen nära det svarta hålet mycket lägre än väntat. Dessa fynd, publicerade i artikeln The bulk motion of gas in the core of the Centaurus galaxy cluster, i tidskriften Nature tidigare i år, visar att sammanslagningar av galaxhopar skapar storskaliga rörelser i gasen, vilket förhindrar att den kyls ner som teorin tidigare förutspått. Det är alltså dessa rörelser – snarare än enbart uppvärmning från svarta hål – som håller gasen glödhet.
Varför förblir gasen i galaxhopar het?
Galaxhopar är universums största gravitationellt bundna strukturer, fyllda med hundratals till tusentals galaxer. Mellan dessa galaxer glöder ett intraklustermedium (ICM) av gas, upphettat till miljontals grader, och lyser starkt i röntgenljus.
Teorin säger att denna gas borde kylas ner snabbt genom att stråla ut sin värme och sjunka in mot hopens centrum, där den skulle bilda nya stjärnor. Men i verkligheten förblir gasen het, år efter år – något som förbryllat forskare i decennier. Detta fenomen, där gasen inte kyls av som förväntat, kallas the cooling flow problem i forskningen. Vad är hemligheten?
Astronomer har länge spekulerat i två möjliga mekanismer: att supermassiva svarta hål, som det i NGC 4696, pumpar ut energi via jetstrålar för att värma gasen, eller att turbulens från galaxhopars sammanslagningar håller den i rörelse och förhindrar avkylning. Fram till nu har det saknats tillräckligt skarpa verktyg för att skilja mellan dessa idéer.
XRISM – ett nytt verktyg i jakten på svaret
XRISM, lanserad 2023 av JAXA (den japanska rymdstyrelsen), har med sin spektrometer Resolve möjliggjort röntgenmätningar med en precision som tidigare inte varit möjlig. Vid observationer av Centaurushopen, 145 miljoner ljusår bort i stjärnbilden Kentauren, kunde forskarna identifiera att ICM-gasen i hopens centrum rör sig med hastigheter på 130 till 310 km/s. Dessa rörelser, som drivs av vågor från tidigare sammanslagningar, visar att hopens historia präglats av dynamiska processer, trots att den tidigare ansetts vara relativt stabil. Centaurushopen fortsätter att växa genom att mindre galaxhopar smälter samman med den, en process som skapar de kraftiga gasrörelserna XRISM nu har observerat.
Den småskaliga turbulensen nära NGC 4696:s svarta hål visade sig vara närapå frånvarande. Detta tyder på att den huvudsakliga uppvärmningen av gasen inte sker genom lokal turbulens nära svarta hålet, utan genom storskaliga rörelser i galaxhopen.
XRISM:s observationer visar att dessa rörelser sannolikt förhindrar nedkylning, snarare än påverkan från enbart svarta hål. Tidigare har forskare antagit att supermassiva svarta hål spelar huvudrollen i att värma ICM-gasen genom sina kraftfulla jetstrålar. Men XRISM:s data tyder på att denna påverkan kan vara mer begränsad, medan de riktigt stora temperaturvariationerna drivs av hopens storskaliga sammanslagningar.
Istället för att jetstrålar från hålet ensamt värmer gasen, pekar resultaten på att det är de stora, skvalpande rörelserna från sammanslagningar som spelar den avgörande rollen.
Vad betyder detta för astronomin?
Dessa resultat är en triumf för röntgeninstrumenten på den japanska satelliten XRISM och öppnar nya dörrar till att förstå galaxhopars utveckling. Genom att kartlägga dessa rörelser kan vi inte bara lösa ”cooling flow”-gåtan – vi kan följa spåren av de våldsamma kollisioner som format vårt universum. Eftersom liknande rörelser tidigare har observerats i andra galaxhopar, tyder resultaten på att denna mekanism kan vara en generell process i galaxhopar. Framtida observationer med XRISM och andra rymdteleskop kommer att visa om detta är en universell egenskap hos heta gaser i galaxhopar.
För oss amatörastronomer på nordliga breddgrader, inklusive Sverige, ligger NGC 4696 och galaxhopen för långt söderut för att kunna observeras. Stjärnbilden Kentauren kan dock ses från t.ex. Kanarieöarna och NGC 4696 med magnitud 11,6 kan observeras med ett större amatörteleskop.
En sammanfattning av resultaten finns på JAXAs hemsida. Visst är galaxhopar fascinerande! Läs gärna fler artiklar i Aurora om galaxhopar; arkivet utökas ständigt.
