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.

The exploration of the universe has recently entered a new era thanks to the multi-messenger paradigm, characterized by a continuous increase in the quantity and quality of experimental data that is obtained by the detection of the various cosmic messengers (photons, neutrinos, cosmic rays and gravitational waves) from numerous origins. They give us information about their sources in the universe and the properties of the intergalactic medium. Moreover, multi-messenger astronomy opens up the possibility to search for phenomenological signatures of quantum gravity. On the one hand, the most energetic events allow us to test our physical theories at energy regimes which are not directly accessible in accelerators; on the other hand, tiny effects in the propagation of very high energy particles could be amplified by cosmological distances. After decades of merely theoretical investigations, the possibility of obtaining phenomenological indications of Planck-scale effects is a revolutionary step in the quest for a quantum theory of gravity, but it requires cooperation between different communities of physicists (both theoretical and experimental). This review, prepared within the COST Action CA18108 "Quantum gravity phenomenology in the multi-messenger approach", is aimed at promoting this cooperation by giving a state-of-the art account of the interdisciplinary expertise that is needed in the effective search of quantum gravity footprints in the production, propagation and detection of cosmic messengers.

The grand challenges of contemporary fundamental physics---dark matter, dark energy, vacuum energy, inflation and early universe cosmology, singularities and the hierarchy problem---all involve gravity as a key component. And of all gravitational phenomena, black holes stand out in their elegant simplicity, while harbouring some of the most remarkable predictions of General Relativity: event horizons, singularities and ergoregions. The hitherto invisible landscape of the gravitational Universe is being unveiled before our eyes: the historical direct detection of gravitational waves by the LIGO-Virgo collaboration marks the dawn of a new era of scientific exploration. Gravitational-wave astronomy will allow us to test models of black hole formation, growth and evolution, as well as models of gravitational-wave generation and propagation. It will provide evidence for event horizons and ergoregions, test the theory of General Relativity itself, and may reveal the existence of new fundamental fields. The synthesis of these results has the potential to radically reshape our understanding of the cosmos and of the laws of Nature. The purpose of this work is to present a concise, yet comprehensive overview of the state of the art in the relevant fields of research, summarize important open problems, and lay out a roadmap for future progress.

ABSTRACT PSR B1259$-$63is a gamma-ray binary system with a 48 ms radio pulsar orbiting around an O9.5Ve star, LS 2883, in a highly eccentric ${\sim} 3.4$ yr long orbit. Close to the periastron the system is detected from radio up to the TeV energies due to the interaction of the stellar wind from LS 2883 and the pulsar’s relativistic outflow. Observations of the last four periastron passages, taken in 2010–2021, demonstrate periastron-to-periastron variability at all wavelengths, probably linked to the state of the Be star’s decretion disc. In this paper, we present the results of our optical, radio and X-ray observational campaigns on PSR B1259$-$63 performed in 2024 accompanied with the analysis of the publicly available GeV Fermi/LAT data. We show that this periastron passage was characterized by the early flaring of X-rays before the periastron passage and GeV emission after the periastron passage, which can be explained by a larger size of the decretion disc as supported by the optical observations. The structure of the GeV flare is also in agreement with the disruption of the large dense disc. The possible X-ray/radio correlation was observed only during the post-periastron rise of X-ray and radio emission.