Nowe badanie pokazuje głęboki związek między niektórymi z największych, najbardziej energetycznych wydarzeń we wszechświecie a znacznie mniejszymi, słabszymi, zasilanymi przez nasze Słońce.
Wyniki pochodzą z długich obserwacji za pomocą Obserwatorium Rentgenowskiego Chandra Abell 2146, pary zderzających się gromad galaktyk znajdujących się około 2,8 miliarda lat świetlnych od Ziemi. Nowe badanie zostało przeprowadzone przez Helen Russell z School of Physics and Astronomy na University of Nottingham.
Gromady galaktyk zawierają setki galaktyk oraz ogromne ilości gorącego gazu i ciemnej materii i należą do największych struktur we Wszechświecie. Zderzenia między gromadami galaktyk uwalniają ogromne ilości energii, jakich nie widziano od czasów Wielkiego Wybuchu i zapewniają naukowcom laboratoria fizyczne, które są niedostępne na Ziemi.
Na tym złożonym zdjęciu Abell 2146* dane rentgenowskie Chandra (fioletowe) pokazują gorący gaz, a dane optyczne Teleskopu Subaru pokazują galaktyki (czerwone i białe). Jedna gromada (oznaczona nr 2) porusza się w lewym dolnym rogu we wskazanym kierunku i przedziera się przez drugą grupę (nr 1). Gorący gaz w tej pierwszej wypycha falę uderzeniową, jak grzmot dźwiękowy generowany przez strumień naddźwiękowy, gdy zderza się z gorącym gazem w drugiej gromadzie.
Fala uderzeniowa ma długość około 1,6 miliona lat świetlnych i jest najłatwiej widoczna w wersji zdjęcia rentgenowskiego, które zostało przetworzone w celu podkreślenia ostrych cech. Oznakowane są również centralne jądro gorącego gazu w gromadzie nr 2 oraz ogon gazu, który ona pozostawiła. Za zderzeniem widać drugą falę uderzeniową podobnej wielkości. Nazywane “wstrząsem wstępnym”, takie cechy powstają w wyniku złożonej interakcji gazu odpędzonego z opadającej gromady i otaczającego gazu gromady. Najjaśniejsza i najbardziej masywna galaktyka w każdej gromadzie jest również oznaczona.
Fale uderzeniowe, takie jak te generowane przez strumień naddźwiękowy, są wstrząsami kolizyjnymi, obejmującymi bezpośrednie zderzenia cząstek. W ziemskiej atmosferze, w pobliżu poziomu morza, cząsteczki gazu zwykle podróżują tylko około 4 milionowych cala, zanim zderzą się z inną cząsteczką.
Odwrotnie, w gromadach galaktyk i wietrze słonecznym – strumieniach cząstek wyrzucanych ze Słońca – bezpośrednie zderzenia między cząstkami zdarzają się zbyt rzadko, aby wytworzyć fale uderzeniowe, ponieważ gaz jest bardzo rozproszony i ma niewiarygodnie niską gęstość. Na przykład w gromadach galaktyk cząstki zazwyczaj muszą podróżować około 30 000 do 50 000 lat świetlnych przed zderzeniem. Zamiast tego wstrząsy w tych kosmicznych środowiskach są „bezkolizyjne”, generowane przez interakcje między naładowanymi cząsteczkami a polami magnetycznymi
Chandra obserwowała Abell 2146 w sumie przez około 23 dni, dając najgłębszy dotychczas uzyskany obraz rentgenowski frontów wstrząsów w gromadzie galaktyk. Dwa fronty wstrząsów w Abell 2146 należą do najjaśniejszych i najczystszych frontów wstrząsów znanych wśród gromad galaktyk.
Helen skomentowała: „Po raz pierwszy wykryłam te fronty wstrząsów we wcześniejszej, krótkiej obserwacji Chandry, kiedy byłam doktorantką. To było ekscytujące odkrycie i fantastyczna podróż do tej głębokiej, historycznej obserwacji ujawniającej szczegółową strukturę wstrząsu”.
Korzystając z tych potężnych danych, Russell i jej zespół zbadali temperaturę gazu kryjącą się za falami uderzeniowymi w Abell 2146. Wykazali, że elektrony były głównie ogrzewane przez kompresję gazu przez uderzenie, efekt podobny do tego, jaki obserwuje się w wietrze słonecznym. Reszta ogrzewania nastąpiła w wyniku zderzeń między cząstkami. Ponieważ gaz jest tak rozproszony, to dodatkowe ogrzewanie następowało powoli, przez około 200 milionów lat.
Chandra robi tak ostre obrazy, że może faktycznie zmierzyć, jak bardzo losowe ruchy gazu rozmywają front wstrząsu, który według teorii jest znacznie węższy. W przypadku tej gromady mierzą losowe ruchy gazu z prędkością około 650 000 mil na godzinę.
Bezkolizyjne fale uderzeniowe są ważne w kilku innych dziedzinach badań. Na przykład promieniowanie wytwarzane przez wstrząsy wiatru słonecznego może negatywnie wpłynąć na działanie statku kosmicznego, a także na bezpieczeństwo ludzi w kosmosie.
Źródło historii:
Materiały dostarczone przez Uniwersytet w Nottingham. Uwaga: Treść można edytować pod kątem stylu i długości.