Науковці вивчили радіорелікти, пов’язані з деякими галактичними скупченнями. Ці гігантські хмари іонізованого газу розташовані за їхніми межами та є джерелами потужного випромінювання. Науковцям вдалося виявити у них сліди ударних хвиль від зіткнення цих колосальних структур.
Ударні хвилі від скупчень галактик
Скупчення галактик — це найбільші гравітаційно пов’язані структури у Всесвіті, кожна з яких містить сотні або навіть тисячі галактик. Коли дві з цих гігантських структур зіштовхуються, вони посилають одна одній потужні ударні хвилі, вивільняючи енергію в масштабах, яких не бачили з часів Великого вибуху.
Ударні хвилі проходять через електрони, заряджаючи їх енергією і змушуючи випромінювати радіохвилі, коли вони рухаються по спіралі навколо ліній магнітного поля. Результатом є «радіорелікт» — величезна дуга радіовипромінювання, яка може простягатися на понад 6 млн світлових років, або приблизно 60–70 галактик Чумацького Шляху, вишикуваних у ряд.
Однак останніми роками загадки, пов’язані з радіореліктами, лише посилюються. По-перше, коли спостерігачі вимірюють силу магнітного поля в релікті, вони виявляють, що її значення є незрозуміло високим. Не менш цікаво, що сила основної ударної хвилі, здається, змінюється залежно від того, чи спостерігається вона за допомогою радіохвиль або рентгенівських хвиль.
Нарешті, і це, мабуть, найтривожніше, дані рентгенівських досліджень свідчать про те, що багато ударних хвиль, які живлять радіорелікти, насправді занадто слабкі, щоб належним чином збуджувати електрони. Це ставить отримані результати в суперечність із самим існуванням радіореліктів.
Новий підхід науковців
Однак дослідники з AIP нарешті змогли розв’язати ці проблеми, використовуючи інноваційний багатомасштабний підхід.
Доктор Джозеф Віттінгем, постдокторський дослідник в AIP і провідний автор дослідження, пояснює: «Спочатку ми простежили, як формуються ударні хвилі в космологічних моделях, а потім відтворили те, що побачили, в більш ідеалізованій установці зі значно кращою роздільною здатністю». На останньому етапі автори склали карту еволюції енергетичних електронів і результуючого радіовипромінювання на основі перших принципів. Отже, їхня модель пов’язує фізику розмірів галактичних скупчень із процесами, що відбуваються в масштабах, які в трильйон разів менші за орбіту електрона.
Фізика ударних хвиль
Дослідники виявили, що коли ударні хвилі досягають краю скупчення галактик, вони стикаються з іншими ударними хвилями, що утворюються холодним газом, який падає всередину. Цей процес стискає навколишній матеріал, утворюючи щільний шар газу, який рухається назовні, де стикається з іншими скупченнями газу. «Весь механізм генерує турбулентність, скручуючи й стискаючи магнітне поле до спостережуваних значень, тим самим розв’язуючи першу загадку», — повідомляє співавтор дослідження професор Крістоф Пфроммер.
Крім того, коли ударна хвиля проходить через скупчення газу, частина фронту удару стає сильнішою, підсилюючи радіовипромінювання. Навпаки, рентгенівське випромінювання продовжує відображати середню, загалом слабшу силу удару, тим самим пояснюючи, чому дані двох типів випромінювання зазвичай не збігаються між собою, розв’язуючи таким чином другу загадку.
Нарешті, оскільки переважна більшість радіореліктів утворюється лише найсильнішими частинами фронту ударної хвилі, нижчі середні значення, виведені з рентгенівських даних, все-таки не є проблемою для теорії енергетизації електронів під час ударів. «Цей успіх мотивує нас продовжувати дослідження, щоб відповісти на решту нерозв’язаних загадок, пов’язаних із радіореліктами», — каже Віттінгем.
За матеріалами phys.org
