Ученые изучили радиореликты, связанные с некоторыми галактическими скоплениями. Эти огромные облака ионизированного газа находятся за их пределами и являются источниками массивного излучения. Ученым удалось обнаружить у них следы ударных волн от столкновения этих колоссальных структур.
Ударные волны от скоплений галактик
Скопление галактик — это самые крупные гравитационно связанные структуры во Вселенной, каждая из которых содержит сотни или даже тысячи галактик. Когда две из этих гигантских структуры сталкиваются, они посылают друг другу мощные ударные волны, высвобождая энергию в масштабах, не видевшихся со времен Большого взрыва.
Ударные волны проходят через электроны, заряжая их энергией и заставляя излучать радиоволны, когда они двигаются по спирали вокруг линий магнитного поля. Результатом является «радиореликт» — огромная дуга радиоизлучения, которая может простираться более чем на 6 млн световых лет, или примерно 60–70 галактик Млечного Пути, выстроенных в ряд.
Однако в последние годы загадки, связанные с радиореликтами, только усугубляются. Во-первых, когда наблюдатели измеряют силу магнитного поля в реликте, они обнаруживают, что ее значение непонятно высоко. Не менее интересно, что сила основной ударной волны, кажется, меняется в зависимости от того, наблюдается ли она с помощью радиоволн или рентгеновских волн.
Наконец, и это, пожалуй, тревожнее, данные рентгеновских исследований свидетельствуют о том, что многие ударные волны, питающие радиореликты, на самом деле слишком слабы, чтобы должным образом возбуждать электроны. Это ставит полученные результаты в противоречие с самим существованием радиореликтов.
Новый подход ученых
Однако исследователи из AIP наконец-то смогли решить эти проблемы, используя инновационный многомасштабный подход.
Доктор Джозеф Виттингем, постдокторский исследователь в AIP и ведущий автор исследования, объясняет: «Сначала мы проследили, как формируются ударные волны в космологических моделях, а затем воспроизвели то, что увидели, в более идеализированной установке с гораздо лучшим разрешением». На последнем этапе авторы составили карту эволюции энергетических электронов и результирующего радиоизлучения на основе первых принципов. Таким образом, их модель связывает физику размеров галактических скоплений с происходящими в масштабах процессами, которые в триллион раз меньше орбиты электрона.
Физика ударных волн
Исследователи обнаружили, что когда ударные волны достигают края скопления галактик, они сталкиваются с другими ударными волнами, которые образуются холодным газом, падающим внутрь. Этот процесс сжимает окружающий материал, образуя плотный слой движущегося наружу газа, где сталкивается с другими скоплениями газа. «Весь механизм генерирует турбулентность, скручивая и сжимая магнитное поле до наблюдаемых значений, тем самым решая первую загадку», — сообщает соавтор исследования профессор Кристоф Пфроммер.
Кроме того, когда ударная волна проходит через скопление газа, часть фронта удара становится сильнее, усиливая радиоизлучение. Напротив, рентгеновское излучение продолжает отражать среднюю, в общем-то слабую силу удара, тем самым объясняя, почему данные двух типов излучения обычно не совпадают между собой, решая таким образом вторую загадку.
Наконец, поскольку подавляющее большинство радиореликтов образуется только сильнейшими частями фронта ударной волны, более низкие средние значения, выведенные из рентгеновских данных, все же не являются проблемой для теории энергетизации электронов при ударах. «Этот успех мотивирует нас продолжать наше исследование, чтобы ответить на остальные нерешенные загадки, связанные с радиореликтами», — говорит Виттингем.
По материалам phys.org
