Протягом десятиліть астрономи були збентежені існуванням слабких гігантських структур у космосі, відомих як «радіорелікт». Ці примарні дуги, що простягаються на мільйони світлових років через скупчення галактик, є залишками жорстоких зіткнень між цими космічними гігантами. Тепер нове високоточне моделювання, проведене Інститутом астрофізики Лейбніца в Потсдамі (AIP) у Німеччині, здається, нарешті зламало код їхньої дивної поведінки.
Таємниця реліквій радіо
Радіорелікти утворюються, коли ударні хвилі від скупчень галактик, що стикаються, прискорюють електрони майже до швидкості світла, випромінюючи дифузні радіохвилі. Ці структури є звичайними, але спостереження виявили невідповідності, які суперечили існуючим теоретичним моделям: сильніші, ніж очікувалося, магнітні поля, різна сила удару, виміряна в радіо- та рентгенівському світлі, і навіть удари, які здавалися занадто слабкими, щоб прискорити електрони.
Чому це важливо? Зіткнення скупчень галактик є одними з найенергетичніших подій у Всесвіті, які впливають на еволюцію галактик у них. Розуміння того, як формуються реліктові структури, розкриває фундаментальні процеси, які відбуваються під час зіткнення структур у космологічних масштабах.
Прорив у багатомасштабному моделюванні
Прорив команди AIP стався завдяки використанню моделювання, що охоплює кілька масштабів. Спочатку вони змоделювали зіткнення скупчень галактик протягом мільярдів років, а потім заглибились у фізику окремих ударних хвиль, що взаємодіють із турбулентними околицями цих скупчень. Такий підхід дозволив їм відтворити спостережувані особливості реліктових структур з безпрецедентною точністю.
Ключові висновки: посилені магнітні поля
Моделювання показало, що магнітні поля в реліктових структурах не тільки посилюються початковою ударною хвилею, але ще більше посилюються, коли ударна хвиля стикається з іншими ударами, створеними падінням космічного газу. Це зіткнення стискає плазму в щільні шари, створюючи турбулентність, яка скручує і стискає магнітні поля набагато більше, ніж може досягти одна ударна хвиля.
Усунення невідповідностей: радіо- та рентгенівські вимірювання
Команда також пояснила, чому радіо- та рентгенівські вимірювання сили удару відрізняються. Моделювання показало, що ударні хвилі проходять через щільні згустки газу, створюючи локалізовані області інтенсивного прискорення. Ці компактні області домінують у радіосигналі, тоді як рентгенівські телескопи вимірюють середню силу удару, включаючи слабкіші ділянки, що пояснює розбіжності.
Роль турбулентності
Моделювання також показало, що ударні хвилі не просто рівномірно прискорюють електрони. Турбулентність відіграє вирішальну роль, скручуючи та стискаючи магнітні поля до спостережуваних рівнів. Ця турбулентність створюється ударними хвилями, які стикаються одна з одною, створюючи космічний вихор.
«Увесь механізм генерує турбулентність, скручуючи та стискаючи магнітне поле до спостережуваних значень, тим самим вирішуючи першу головоломку», — сказав Крістоф Фроммер з AIP.
Майбутнє дослідження реліквій
Успіх команди AIP відкриває нові можливості для вивчення цих таємничих структур. Поєднавши масштабне космологічне моделювання з моделями ударних труб високої точності, вони подолали серйозну перешкоду в розумінні фізики зіткнень скупчень галактик. Майбутні дослідження, ймовірно, спиратимуться на цю роботу, щоб розгадати залишилися таємниці навколо реліквій радіо, забезпечуючи краще розуміння найбільших і найенергійніших подій у Всесвіті.
Моделювання підтверджує, що найбільш сильні, найбільш локалізовані частини фронту удару створюють більшу частину радіовипромінювання. Низька середня сила, отримана з рентгенівських даних, більше не становить загрози для основної фізики.
