Po desetiletí si astronomové lámali hlavu nad existencí slabých, obřích struktur ve vesmíru známých jako „radiové relikvie“. Tyto strašidelné oblouky, táhnoucí se miliony světelných let napříč kupami galaxií, jsou pozůstatkem prudkých srážek mezi těmito vesmírnými obry. Nyní se zdá, že nové vysoce věrné simulace provedené Leibniz Institute for Astrophysics Potsdam (AIP) v Německu konečně prolomily kód jejich zvláštního chování.
Záhada rozhlasových relikvií
Radiové relikty se tvoří, když rázové vlny ze srážejících se kup galaxií urychlují elektrony téměř na rychlost světla a emitují difúzní rádiové vlny. Tyto struktury jsou běžné, ale pozorování odhalila nekonzistence, které byly v rozporu se stávajícími teoretickými modely: silnější než očekávaná magnetická pole, proměnlivá síla nárazu měřená v rádiovém a rentgenovém světle a dokonce nárazy, které se zdály příliš slabé na to, aby urychlily elektrony.
Proč na tom záleží: Srážky kup galaxií patří k nejenergetickejším událostem ve vesmíru a utvářejí vývoj galaxií v nich. Pochopení toho, jak se tvoří reliktní struktury, odhaluje základní procesy, ke kterým dochází, když se struktury srazí na kosmologických měřítcích.
Průlom ve vícestupňovém modelování
Průlom týmu AIP přišel díky použití simulací zahrnujících více měřítek. Nejprve simulovali srážky kup galaxií v průběhu miliard let a poté se ponořili do fyziky jednotlivých rázových vln interagujících s turbulentními okraji těchto kup. Tento přístup jim umožnil reprodukovat pozorované rysy reliktních struktur s nebývalou přesností.
Klíčové poznatky: Vylepšená magnetická pole
Simulace ukázaly, že magnetická pole v reliktních strukturách nejsou zesílena pouze počáteční rázovou vlnou, ale jsou dále zesílena, když se rázová vlna srazí s jinými rázy generovanými padajícím kosmickým plynem. Tato kolize stlačuje plazma do hustých vrstev, čímž vzniká turbulence, která stáčí a stlačuje magnetická pole mnohem více, než by mohla dosáhnout jediná rázová vlna.
Řešení nesrovnalostí: Rádiová a rentgenová měření
Tým také vysvětlil, proč se radiová a rentgenová měření nárazové síly liší. Simulace ukázaly, že rázové vlny procházejí hustými shluky plynu a vytvářejí lokalizované oblasti intenzivního zrychlení. Tyto kompaktní oblasti dominují rádiovému signálu, zatímco rentgenové teleskopy měří průměrnou sílu nárazu, včetně slabších oblastí, což vysvětluje nesrovnalosti.
Role turbulence
Simulace také ukázaly, že rázové vlny nejen rovnoměrně urychlují elektrony. Turbulence hraje kritickou roli, stáčí a stlačuje magnetická pole na pozorovatelnou úroveň. Tato turbulence je vytvářena nárazovými vlnami, které se vzájemně srážejí a vytvářejí kosmický vír.
„Celý mechanismus vytváří turbulence kroucením a stlačováním magnetického pole na pozorovatelné hodnoty, čímž řeší první hádanku,“ řekl Christoph Pfrommer z AIP.
Budoucnost výzkumu relikvií
Úspěch týmu AIP otevírá nové možnosti pro studium těchto záhadných struktur. Kombinací rozsáhlých kosmologických simulací s vysoce věrnými modely rázových trubic překonali hlavní překážku v pochopení fyziky srážek kup galaxií. Budoucí výzkum bude pravděpodobně stavět na této práci, aby odhalil zbývající záhady obklopující rádiové relikvie, což poskytne lepší vhled do největších a nejvíce energetických událostí ve vesmíru.
Simulace potvrzují, že nejsilnější a nejvíce lokalizované části rázové fronty produkují většinu rádiového vyzařování. Nízká průměrná síla odvozená z rentgenových dat již nepředstavuje hrozbu pro základní fyziku.
