Planck Constraints on Turbulence in the Coma Cluster
Rianalizzando le fluttuazioni della luminosità superficiale dello effetto Sunyaev-Zel'dovich di Planck dell'ammasso di Coma utilizzando un framework di inferenza basato su simulazioni, questo studio vincola la turbolenza del mezzo intracluster a una scala di iniezione elevata di circa 540 kpc, una pendenza di tipo Kolmogorov e un numero di Mach 3D sostanziale di 0,60, indicando un significativo supporto di pressione non termica coerente con le recenti misurazioni di velocità di XRISM.
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Immaginate che l'universo sia pieno di gigantesche bolle invisibili di gas caldo, che si estendono per milioni di anni luce. Questi sono gli ammassi di galassie, le strutture più grandi del cosmo tenute insieme dalla gravità. All'interno di queste bolle, il gas non è fermo; sta rimescolando, roteando e scontrandosi con se stesso come un enorme frullatore cosmico. Questo movimento caotico è chiamato turbolenza. Proprio come il vento che soffia attraverso una foresta o l'acqua che scorre sopra le rocce, questa turbolenza crea pressione. Gli scienziati ci tengono molto perché, se ignorano la "spinta" di questo gas in movimento, ottengono la risposta sbagliata quando cercano di pesare l'intero ammasso. È come cercare di indovinare il peso di una persona guardando un trampolino su cui sta rimbalzando, ma dimenticando che le molle del trampolino stanno anche spingendo verso l'alto. Se non si tiene conto di quella spinta extra, si penserà che la persona sia più leggera di quanto sia in realtà.
Per comprendere questo rimescolamento cosmico, gli astronomi di solito osservano il gas in due modi. Un modo è ascoltare il gas che "canta" usando i telescopi a raggi X, che possono sentire la velocità delle molecole di gas direttamente. Ma questi telescopi possono sentire solo una piccola parte della canzone alla volta. L'altro modo è osservare come la pressione del gas si propaga attraverso l'intero ammasso, come osservare le increspature su uno stagno dopo che un sasso è stato lanciato. Questo articolo si concentra su questo secondo metodo, utilizzando una speciale mappa dell'universo creata dal satellite Planck. I ricercatori volevano capire quanto siano grandi le "pietre" che causano le increspature, quanto velocemente si muove il gas e quanta della pressione totale dell'ammasso derivi da questo selvaggio movimento turbolento.
Il team, guidato da Baptiste Sigal, ha esaminato con uno sguardo fresco l'ammasso della Coma, un ammasso di galassie massiccio e vicino, noto per essere un po' un caos, con piccoli gruppi di galassie che vi si scontrano contro. Invece di limitarsi a indovinare, hanno usato un trucco intelligente chiamato "Inferenza Basata sulla Simulazione". Pensate a un videogioco in cui il computer genera milioni di versioni diverse dell'ammasso della Coma, ognuna con diversi livelli di turbolenza, diverse dimensioni di tempeste rotanti e diverse velocità. Il computer poi confronta queste mappe finte con la mappa reale del satellite Planck. Mantiene le versioni che assomigliano di più alla realtà e scarta quelle che non si adattano.
Eseguendo questo massiccio esperimento digitale, gli autori hanno scoperto che la turbolenza nell'ammasso della Coma è guidata da eventi enormi. Hanno calcolato che la "scala di iniezione" — la dimensione delle tempeste rotanti più grandi — è di circa 540 kiloparsec (con un intervallo possibile tra 200 e 990 kiloparsec). Per dare un termine di paragone, si tratta di un sistema temporalesco largo circa 1,7 milioni di anni luce. Hanno anche scoperto che il gas si muove a velocità comprese tra 357 e 1.095 chilometri al secondo. Questa è una velocità incredibile; un proiettile viaggia a circa 1 chilometro al secondo, quindi questo gas si muove centinaca volte più velocemente di un proiettile in corsa.
Lo studio suggerisce che questo movimento selvaggio fornisce una quantità significativa di pressione extra, rappresentando circa il 17% della pressione totale dell'ammasso. Questo è un fatto importante perché conferma che, se gli astronomi ignorano questa turbolenza, sottostimeranno la massa dell'ammasso di una quantità considerevole. I risultati si allineano bene con altri studi recenti che hanno utilizzato metodi diversi, inclusi i rilievi diretti del satellite XRISM, il che aggiunge fiducia all'idea che l'ammasso della Coma sia effettivamente un luogo molto turbolento.
Tuttavia, gli autori avvertono con cautela che, sebbene abbiano una buona comprensione della dimensione delle tempeste e della velocità del gas, stabilire con precisiono la "pendenza" esatta della turbolenza (come l'energia cambia dai grandi vortici ai piccoli vortici) è ancora complicato. I dati suggeriscono che la turbolenza segue un modello simile a quello che vediamo nell'acqua o nell'aria sulla Terra, ma le prove non sono ancora abbastanza forti per affermarlo con certezza. L'articolo conclude che, sebbene il loro metodo funzioni magnificamente per questo ammasso gigante e disordinato, l'osservazione di ammassi più piccoli o più distanti richiederà occhi ancora più acuti da parte dei futuri telescopi. Per ora, hanno mappato con successo il cuore invisibile e rimescolato dell'ammasso della Coma, mostrandoci che l'universo è molto più dinamico ed energetico di quanto una foto calma e immobile possa suggerire.
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