O observatório de raios-X XMM-Newton da ESA avistou gás quente espalhando-se por dentro de um aglomerado de galáxias - um comportamento nunca antes visto que pode ser causado por eventos turbulentos de fusão.

Os aglomerados de galáxias são os maiores sistemas do universo unidos pela gravidade. Eles contêm centenas a milhares de galáxias e grandes quantidades de gás quente conhecido como plasma, que atinge temperaturas de cerca de 50 milhões de graus e brilha intensamente nos raios-X.

Muito pouco se sabe sobre como este plasma se move, mas explorar seus movimentos pode ser a chave para entender como os aglomerados de galáxias se formam, evoluir e se comportar.

"Selecionamos dois próximos, maciço, aglomerados de galáxias brilhantes e bem observados, Perseu e Coma, e mapearam como seu plasma se movia - se estava se movendo para perto ou para longe de nós, sua velocidade, e assim por diante - pela primeira vez, "diz Jeremy Sanders, do Instituto Max Planck de Física Extraterrestre em Garching, Alemanha, e principal autor do novo estudo.

"Fizemos isso em grandes regiões do céu:uma área com aproximadamente o tamanho de duas luas cheias para Perseu, e quatro para Coma. Nós realmente precisávamos do XMM-Newton para isso, pois seria extremamente difícil cobrir áreas tão grandes com qualquer outra espaçonave. "

Jeremy e colegas encontraram sinais diretos de plasma fluindo, espirrando e espirrando dentro do aglomerado de galáxias Perseus - um dos objetos conhecidos mais massivos do universo, e o aglomerado mais brilhante do céu em termos de raios-X. Embora esse tipo de movimento tenha sido previsto teoricamente, nunca tinha sido visto antes no cosmos.

Ao olhar para as simulações de como o plasma se movia dentro do cluster, os pesquisadores então exploraram o que estava causando o espancamento. Eles descobriram que isso era provavelmente devido a sub-aglomerados menores de galáxias colidindo e se fundindo com o próprio aglomerado principal. Esses eventos são energéticos o suficiente para interromper o campo gravitacional de Perseu e dar início a um movimento espasmódico que durará muitos milhões de anos antes de se estabilizar.

Ao contrário de Perseu, que é caracterizado por um cluster principal e várias subestruturas menores, o aglomerado Coma não continha plasma espirrando, e, em vez disso, parece ser um grande aglomerado composto de dois subconjuntos principais que estão lentamente se fundindo.

"Coma contém duas galáxias centrais massivas, em vez do gigante único de um aglomerado, e diferentes regiões parecem conter material que se move de maneira diferente, "diz Jeremy." Isso indica que existem vários fluxos de material dentro do aglomerado Coma que ainda não se juntaram para formar uma única 'bolha' coerente, como vemos com Perseus. "

A descoberta foi possível graças a uma nova técnica de calibração aplicada à European Photon Imaging Camera (EPIC) da XMM-Newton. O método engenhoso, que envolveu a mineração de duas décadas de dados EPIC de arquivo, melhorou a precisão das medições de velocidade da câmera por um fator de mais de 3,5, elevando as capacidades do XMM-Newton a um novo nível.

"A câmera EPIC tem um sinal de fundo instrumental - as chamadas 'linhas fluorescentes', que estão sempre presentes em nossos dados, e às vezes pode ser irritante, pois geralmente não é o que procuramos, "acrescenta o co-autor Ciro Pinto, pesquisador da ESA no Centro Europeu de Pesquisa e Tecnologia Espacial em Noordwijk, Os Países Baixos, que recentemente se mudou para o Instituto Nacional de Astrofísica da Itália.

"Decidimos usar essas linhas, que são uma característica constante, para comparar e alinhar os dados EPIC dos últimos 20 anos para determinar melhor como a câmera se comporta, e então usei isso para corrigir qualquer variação ou efeitos instrumentais. "

Essa técnica tornou possível mapear o gás nos aglomerados com mais precisão. Jeremy, Ciro e colegas usaram as linhas de fundo para reconhecer e remover variações individuais entre as observações, e, em seguida, eliminou quaisquer efeitos instrumentais mais sutis identificados e sinalizados por seus 20 anos de mineração de dados EPIC.

EPIC compreende três câmeras CCD projetadas para capturar raios X de alta e baixa energia, e faz parte de um trio de instrumentos avançados a bordo do XMM-Newton.

Explorando o céu dinâmico de raios-X desde seu lançamento em 1999, XMM-Newton é o maior satélite científico já construído na Europa, e carrega alguns dos mais poderosos espelhos telescópicos já desenvolvidos.

"Esta técnica de calibração destaca os recursos recém-descobertos da câmera EPIC, "diz Norbert Schartel, Cientista do Projeto ESA XMM-Newton.

"High-energy astrophysics often entails comparing X-ray data at different points in the cosmos for everything from plasma to black holes, so the ability to minimise instrumental effects is key. By using past XMM-Newton observations to refine future ones, the new technique may open up inspiring opportunities for new research and discovery."

These XMM-Newton observations will also remain unparalleled until the launch of ESA's Advanced Telescope for High-ENergy Astrophysics (Athena) in 2031. Whereas covering such large areas of sky will largely be beyond the capabilities of telescopes such as the upcoming JAXA/NASA X-ray Imaging and Spectroscopy Mission, or XRISM, Athena will combine a large X-ray telescope with state-of-the-art scientific instruments to shed new light on the hot, energetic universe.