X-ray observations of the core of the Perseus cluster reveal a remarkably quiescent atmosphere in which the gas has a line-of-sight velocity dispersion of about 164 kilometres per second in the region 30–60 kiloparsecs from the central nucleus; turbulent pressure support in the gas is four per cent of the thermodynamic pressure, necessitating only a small correction to the total cluster mass determined from hydrostatic equilibrium. The Hitomi collaboration reports X-ray observations of the core of the Perseus cluster of galaxies — the brightest X-ray-emitting cluster in the sky. Such clusters typically consist of tens to thousands of galaxies bound together by gravity and are studied as models of both small-scale cosmology and large-scale astrophysical processes. The data reveal a remarkably quiescent atmosphere, where gas velocities are quite low, with a line-of-sight velocity dispersion of about 164 kilometres per second at a distance of 30–60 kiloparsecs from the central nucleus. Clusters of galaxies are the most massive gravitationally bound objects in the Universe and are still forming. They are thus important probes1 of cosmological parameters and many astrophysical processes. However, knowledge of the dynamics of the pervasive hot gas, the mass of which is much larger than the combined mass of all the stars in the cluster, is lacking. Such knowledge would enable insights into the injection of mechanical energy by the central supermassive black hole and the use of hydrostatic equilibrium for determining cluster masses. X-rays from the core of the Perseus cluster are emitted by the 50-million-kelvin diffuse hot plasma filling its gravitational potential well. The active galactic nucleus of the central galaxy NGC 1275 is pumping jetted energy into the surrounding intracluster medium, creating buoyant bubbles filled with relativistic plasma. These bubbles probably induce motions in the intracluster medium and heat the inner gas, preventing runaway radiative cooling—a process known as active galactic nucleus feedback2,3,4,5,6. Here we report X-ray observations of the core of the Perseus cluster, which reveal a remarkably quiescent atmosphere in which the gas has a line-of-sight velocity dispersion of 164 ± 10 kilometres per second in the region 30–60 kiloparsecs from the central nucleus. A gradient in the line-of-sight velocity of 150 ± 70 kilometres per second is found across the 60-kiloparsec image of the cluster core. Turbulent pressure support in the gas is four per cent of the thermodynamic pressure, with large-scale shear at most doubling this estimate. We infer that a total cluster mass determined from hydrostatic equilibrium in a central region would require little correction for turbulent pressure.

Supermassive black holes in the nuclei of active galaxies expel large amounts of matter through powerful winds of ionized gas. The archetypal active galaxy NGC 5548 has been studied for decades, and high-resolution X-ray and UV observations have previously shown a persistent ionized outflow. An observing campaign in 2013 with six space observatories shows the nucleus to be obscured by a long-lasting, clumpy stream of ionized gas never seen before. It blocks 90% of the soft X-ray emission and causes simultaneous deep, broad UV absorption troughs. The outflow velocities of this gas are up to five times faster than those in the persistent outflow, and at a distance of only a few light days from the nucleus, it may likely originate from the accretion disk.

Abstract We extend our recent work on black hole spin in X-ray binary systems to include an analysis of 189 archival NuSTAR observations from 24 sources. Using self-consistent data reduction pipelines, spectral models, and statistical techniques, we report an unprecedented and uniform sample of 36 stellar-mass black hole spin measurements based on relativistic reflection. This treatment suggests that prior reports of low spins in a small number of sources were generally erroneous: our comprehensive treatment finds that those sources tend to harbor black holes with high spin values. Overall, within 1 σ uncertainty, ∼86% of the sample are consistent with a ≥ 0.95, ∼94% of the sample are consistent with a ≥ 0.9, and 100% are consistent with a ≥ 0.7 (the theoretical maximum for neutron stars; a = cJ / GM 2 ). We also find that the high-mass X-ray binaries (those with A-, B-, or O-type companions) are consistent with a ≥ 0.9 within the 1 σ errors; this is in agreement with the low-mass X-ray binary population and may be especially important for comparisons to black holes discovered in gravitational wave events. In some cases, different spectra from the same source yield similar spin measurements but conflicting values for the inclination of the inner disk; we suggest that this is due to variable disk winds obscuring the blue wing of the relativistic Fe K emission line. We discuss the implications of our measurements, the unique view of systematic uncertainties enabled by our treatment, and future efforts to characterize black hole spins with new missions.