Astronomen hebben met de XRISM röntgentelescoop waargenomen hoe het hete gas in de kern van een cluster van sterrenstelsels op en neer klotst. Dit vormt het eerste directe bewijs voor gasstromen aangedreven door een botsing op kosmische schaal. Publicatie in Nature.
Sterrenstelsels bestaan uit honderden miljarden sterren, met daar tussenin het interstellair medium. Onder invloed van de zwaartekracht kunnen duizenden sterrenstelsels samenkomen in clusters van sterrenstelsels, samen met donkere materie en heet gas. Dit gas wordt binnen het cluster verhit tot tientallen miljoenen graden Celsius, waardoor het röntgenstraling uitzendt. Astronomen hebben lang gedacht dat clusters blijven groeien door herhaalde botsingen en samensmeltingen met andere clusters. JAXA’s XRISM röntgentelescoop, waarvoor SRON het filterwiel heeft gemaakt, heeft nu voor het eerst gemeten hoe dit dynamische proces de bewegingen bepaalt van heet gas in de kern van een cluster.
De centrale gebieden in clusters behoren tot de helderste röntgenbronnen in het heelal. Theoretisch zou het energieverlies van hun straling het omringende gas na verloop van tijd moeten doen afkoelen. Waarnemingen tonen echter steeds aan dat het gas onverwacht heet blijft, wat astronomen voor een raadsel stelde. Een van de belangrijkste hypotheses was dat gasstromen een sleutelrol spelen bij het handhaven van deze hoge temperaturen, maar eerdere instrumenten waren niet nauwkeurig genoeg om de stroomsnelheden te meten.
Een internationaal team van onderzoekers, onder wie astronomen van SRON, heeft nu met voldoende precisie de snelheidsstructuur van heet gas gemeten in de kern van de Centaurus cluster. Daaruit blijkt dat de beweging van het gas samenvalt met oscillaties die zijn veroorzaakt door een botsing met een kleiner cluster. Met andere woorden: het gas klotst op en neer, door en langs de sterrenstelsels. Astronomen verwachten dat sommige van deze oscillaties uiteindelijk turbulentie genereren en zo het hete gas roeren, waardoor het zijn hoge temperatuur behoudt.
Artist impression van de kern van het Centaurus Cluster, gebaseerd op waarnemingen van XRISM en andere telescopen. Heet gas is in blauw-groen weergegeven. Wit geeft sterrenstelsels aan. Gas met een lage temperatuur is aangeduid met rood-bruin. Credit: JAXA
Publicatie
XRISM collaboration. The bulk motion of gas in the core of the Centaurus galaxy cluster. Nature 638, 365–369 (2025)
Using the XRISM X-ray telescope, astronomers have observed hot gas sloshing back and forth in the core of a cluster of galaxies. This provides the first direct evidence of gas motions driven by a collision on cosmic scales. Publication in Nature.
Galaxies consist of hundreds of billions of stars, with interstellar medium between them. Under the influence of gravity, thousands of galaxies can aggregate, together with dark matter and hot gas, into so-called clusters of galaxies. The intracluster gas is heated to tens of millions of degrees Celsius, causing it to emit X-rays. Astronomers have long thought that clusters continue to grow through repeated collisions and mergers with other clusters. The XRISM X-ray telescope, for which SRON has built the filter wheel, has now for the first time measured how this dynamic process shapes the motions of the hot gas in the core of a galaxy cluster.
The central regions of clusters are among the brightest X-ray sources in the Universe. Theoretically, the energy loss from their radiation should cause the surrounding gas to cool down over time. However, observations consistently show that the gas remains unexpectedly hot, which was puzzling astronomers. One of the main hypotheses was that gas motions play a key role in maintaining these high temperatures, but previous space instruments were not accurate enough to measure these velocities.
An international team of researchers, including astronomers from SRON, has now measured the velocity structure of hot gas in the core of the Centaurus galaxy cluster with sufficient precision. This shows that the movement of the gas coincides with oscillations caused by a past collision with a smaller cluster. In other words, the gas sloshes back and forth, flowing through and around the galaxies. Eventually, astronomers expect that some of these flowing motions will become turbulent over time, stirring the hot gas and helping it to maintain its high temperature.
Illustration of the center of the Centaurus Cluster drawn based on XRISM observations and other observations. The bluish color indicates high-temperature gas. The white indicates galaxies, and the reddish brown indicates low-temperature gas. Credit: JAXA
XRISM collaboration. The bulk motion of gas in the core of the Centaurus galaxy cluster. Nature 638, 365–369 (2025)
