Nowe symulacje i obserwacje umożliwiły naukowcom wyjaśnienie, jak potężne fale uderzeniowe powstające podczas zderzeń gromad galaktyk prowadzą do powstawania olbrzymich struktur emisyjnych zwanych radiowymi reliktami.
Gromady galaktyk należą do największych struktur we Wszechświecie, a ich spektakularne zderzenia generują fale uderzeniowe na niespotykaną skalę. To właśnie te fale – przemieszczając się przez gorący gaz międzygalaktyczny – wzmacniają pole magnetyczne i nadają elektronom energię, dzięki czemu powstają gigantyczne łuki radiowe, czyli tzw. radiowe relikty. Owe relikty mogą rozciągać się nawet na sześć milionów lat świetlnych, obejmując przestrzeń większą niż 60 galaktyk Drogi Mlecznej ustawionych w szeregu.
Dotychczasowe obserwacje reliktów rodziły wiele pytań: dlaczego mierzone tam pole magnetyczne jest aż tak silne? Czemu siła fali uderzeniowej wydaje się inna w promieniowaniu radiowym niż w rentgenowskim? I czy faktycznie wszystkie fale uderzeniowe są wystarczająco silne, by napędzić emisję radiową?
Badacze z AIP, pod kierunkiem dr. Josepha Whittinghama, rozwiązali te zagadki dzięki zaawansowanym symulacjom komputerowym łączącym perspektywę kosmologiczną z fizyką procesów na skali pojedynczych elektronów. Zespół wykazał, że w pobliżu krawędzi gromad fale uderzeniowe zderzają się z chłodnym, napływającym gazem, tworząc szereg wtórnych fal i turbulentnych regionów. Te procesy kompresują gaz i „skręcają” oraz wzmacniają pole magnetyczne – wyjaśniając jego niespodziewaną siłę.
Gdy fala przechodzi przez gęste skupiska gazu, jej front lokalnie wzrasta, intensyfikując emisję radiową. W tym samym czasie promieniowanie rentgenowskie odzwierciedla średnią siłę całego frontu, stąd pozornie sprzeczne wyniki w różnych zakresach promieniowania. Takie podejście pozwoliło wyjaśnić, dlaczego te różnice nie zaprzeczają teorii mechanizmu przyspieszania elektronów.
Odkrycie AIP stanowi ważny krok w zrozumieniu najbardziej ekstremalnych procesów zachodzących w gromadach galaktyk oraz natury radiowych reliktów, motywując dalsze badania nad zagadkowymi strukturami widzianymi w największych laboratoriach kosmosu.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Więcej informacji:
- Shocked galaxy clusters: Unravelling the mysteries of radio relics
- Zooming-in on cluster radio relics -- I. How density fluctuations explain the Mach number discrepancy, microgauss magnetic fields, and spectral index variations
Źródło: AIP
Na ilustracji: Podczas łączenia się gromad galaktyk fale uderzeniowe o kształcie łuku rozchodzą się na zewnątrz, przekształcając ogromną ilość energii w ciepło. Lewy obraz przedstawia gęstość gazu, a prawy rozproszoną energię z wyraźnie widocznymi frontami fali uderzeniowej. Źródło: AIP/J. Whittingham
