Kolossale kollisioner knyttet til solsystemvidenskab

En ny undersøgelse viser en dyb forbindelse mellem nogle af de største, mest energiske begivenheder i universet og meget mindre, svagere drevet af vores egen sol.

Resultaterne stammer fra en lang observation med NASAs Chandra X-ray Observatory af Abell 2146, et par kolliderende galaksehobe beliggende omkring 2,8 milliarder lysår fra Jorden. Den nye undersøgelse blev ledet af Helen Russell fra School of Physics and Astronomy ved University of Nottingham.

Galaksehobe indeholder hundredvis af galakser og enorme mængder varm gas og mørkt stof og er blandt de største strukturer i universet. Kollisioner mellem galaksehobe frigiver enorme mængder energi ulig noget, der er set siden big bang, og forsyner videnskabsfolk med fysiklaboratorier, der ikke er tilgængelige her på Jorden.

På det sammensatte billede ovenfor af Abell 2146 viser Chandra røntgendata (lilla) varm gas, og Subaru Telescope optiske data viser galakser (rød og hvid). Den ene klynge (mærket #2) bevæger sig mod venstre nederst i den viste retning og pløjer gennem den anden klynge (#1). Den varme gas i førstnævnte skubber en chokbølge ud, som en lydbom genereret af en supersonisk jet, da den kolliderer med den varme gas i den anden klynge.

Chokbølgen er omkring 1,6 millioner lysår lang og ses lettest i en version af røntgenbilledet, der er blevet behandlet for at understrege skarpe træk. Også mærket er den centrale kerne af varm gas i klynge #2, og halen af ​​gas, den har efterladt. En anden chokbølge af lignende størrelse ses bag kollisionen. Kaldet et "opstrøms chok", træk som dette opstår fra det komplekse samspil mellem strippet gas fra den indfaldende klynge og den omgivende klyngegas. Den lyseste og mest massive galakse i hver hob er også mærket.

Chokbølger som dem, der genereres af en supersonisk jet, er kollisionschok, der involverer direkte kollisioner mellem partikler. I Jordens atmosfære nær havoverfladen rejser gaspartikler typisk kun omkring 4 milliontedele tomme, før de kolliderer med en anden partikel.

Omvendt sker der i galaksehobe og i solvinden – strømme af partikler, der blæses væk fra Solen – direkte kollisioner mellem partikler for sjældent til at producere chokbølger, fordi gassen er så diffus med utrolig lav densitet. For eksempel skal partikler i galaksehobe typisk rejse omkring 30.000 til 50.000 lysår, før de kolliderer. I stedet er stødene i disse kosmiske miljøer "kollisionsfri" genereret af interaktioner mellem ladede partikler og magnetiske felter.

Chandra observerede Abell 2146 i i alt omkring 23 dage, hvilket gav det dybeste røntgenbillede, der endnu er opnået af stødfronter i en galaksehob. De to stødfronter i Abell 2146 er blandt de lyseste og klareste stødfronter kendt blandt galaksehobe.

Helen kommenterede, at "Jeg opdagede først disse chokfronter i en tidligere, kort Chandra-observation, da jeg var ph.d.-studerende. Det var en spændende opdagelse og en fantastisk rejse til denne dybe, arveobservation, der afslørede den detaljerede chokstruktur."

Ved hjælp af disse kraftfulde data studerede Russell og hendes team gastemperaturen bag chokbølgerne i Abell 2146. De viste, at elektroner hovedsageligt er blevet opvarmet ved kompression af gas ved stødet, en effekt som den, der ses i solvinden. Resten af ​​opvarmningen skete ved kollisioner mellem partikler. Fordi gassen er så diffus, foregik denne yderligere opvarmning langsomt over omkring 200 millioner år.

Chandra laver så skarpe billeder, at den faktisk kan måle, hvor meget tilfældige gasbevægelser, der slører stødfronten, som forventes ud fra teorien at være meget smallere. For denne klynge måler de tilfældige gasbevægelser på omkring 650.000 miles i timen.

Kollisionsfri chokbølger er vigtige inden for flere andre forskningsområder. For eksempel kan den stråling, der produceres af stød i solvinden, have en negativ indvirkning på rumfartøjets drift, såvel som menneskers sikkerhed i rummet.

Et papir, der beskriver disse resultater, blev accepteret af The Monthly Notices of the Royal Astronomical Society . + Udforsk yderligere

Detaljerede billeder af en chokbølge, der strækker sig i 6,5 millioner lysår