Promienie X pokazują, jak spotykają się kosmiczni giganci

Naukowcy odkryli niezwykle potężną falę uderzeniową w odległej części Wszechświata, w której dwie masywne gromady galaktyk wydają się wchodzić w pierwszy kontakt przed połączeniem się. Badanie opiera się na danych pochodzących m.in. z obserwatorium rentgenowskiego XMM-Newton.

Według Liyi Gu, astronoma z RIKEN High Energy Astrophysics Laboratory w Japonii i Holenderskiego Instytutu Badań Kosmicznych, który jest głównym autorem artykułu opublikowanego w Nature Astronomy, obserwacje uchwyciły wyjątkowy moment, w którym dwie gromady galaktyk stykają się ze sobą po raz pierwszy – coś, czego wcześniej nie obserwowano.

Gromady, zwane 1E2216 i 1E2215, znajdują się ponad miliard lat świetlnych od Ziemi i są przyciągane do siebie grawitacyjnie przez miliardy lat. Ich pierwszy kontakt, ukazany dzięki nowym danym, oznacza początek dramatycznego i długiego procesu, który całkowicie zmiesza gromady i połączy je w jedną.

„Zderzenia między gromadami galaktyk są najbardziej energetycznymi zdarzeniami we Wszechświecie od czasów Wielkiego Wybuchu. Wstrząsy powstałe podczas połączenia są prawdopodobnie najważniejszym akceleratorem cząstek we Wszechświecie, uwalniającym ogromną ilość ciepła, promieniowania i wysokoenergetycznych promieni kosmicznych” – powiedział Liyi.

Gromady galaktyk są największymi znanymi we Wszechświecie obiektami związanymi grawitacyjnie i mogą składać się z setek galaktyk, z których każda zawiera miliardy lub więcej gwiazd. Gromady galaktyk przeplatane są ogromnymi ilościami gorącego gazu emitującego promieniowanie X, a nawet większymi ilościami niewidzialnej ciemnej materii.

Uważa się, że te olbrzymie kosmiczne obiekty tworzą się stopniowo, zaczynając od pojedynczych galaktyk, które napotykają inne galaktyki pod wypływem efektów grawitacji. Proces ten jest kontynuowany wraz z tworzeniem mniejszych grup, które następnie łączą się w coraz większe gromady. Podczas, gdy pierwszy dotyk, tak zwana faza przed połączeniem, trwa stosunkowo krótko – ok. 100 mln lat – cały proces łączenia się trwa miliardy lat.

Liyi i jego współpracownicy z całego świata zgromadzili około 40 godzin obserwacji z XMM-Newton w 2017 r. oraz kolejne 40 godzin z teleskopu rentgenowskiego Chandra w 2018 r. Obserwacje te połączono z danymi z 2012 r. z wycofanego z eksploatacji satelity Suzaku i danymi radiowymi z JAXA, z dwóch naziemnych teleskopów zlokalizowanych w Europie i Indiach.

Naukowcy uważają, że dane przedstawiają przedpołączeniowy szok spowodowany pierwszym kontaktem między dwiema gromadami.

W obserwacjach astronomowie mogli rozróżnić dwa bardzo gorące gazowe halo o temperaturze przekraczającej 50 mln stopni Celsjusza, z których każde było powiązane z jedną gromadą i połączone mostem jeszcze gorętszego gazu.

Liyi dodał, że zaskakujące jest to, że fala uderzeniowa rozchodzi się na zewnątrz wzdłuż płaszczyzny równikowej, ponieważ większość wstrząsów występujących w łączących się gromadach galaktyk zwykle rozprzestrzenia się wzdłuż pionowej osi połączenia. Jednak modele teoretyczne i symulacje numeryczne przewidują, że podobne zjawisko może wystąpić podczas fazy przed połączeniem.

„Szok równikowy można wytłumaczyć po prostu bardzo silną kompresją wzdłuż osi połączenia” – powiedział Liyi.

XMM-Newton umożliwił naukowcom obliczenie rozkładu temperatury gorącego gazu w dwóch gromadach, a także ekstremalnie wysokiej temperatury w obszarze uderzeniowym, sięgającej nawet 100 mln stopni Celsjusza.

Zespół planuje monitorowanie tego kosmicznego spotkania z wykorzystaniem obserwatoriów XMM-Newton oraz Chandra.

W nadchodzących latach XMM-Newton można wykorzystać do zidentyfikowania większej liczby połączeń między gromadami, poprzez dedykowane obserwacje starannie wybranych części nieba. Obserwatoria rentgenowskie nowej generacji, takie jak japońska misja XRISM oraz Athena o ESA, umożliwią astronomom jeszcze dokładniejsze poznanie tego, co dzieje się podczas tych gigantycznych zderzeń.

Łączące się gromady galaktyk to jedne z najważniejszych procesów, które kształtują strukturę Wszechświata na bardzo dużą skalę. Jednak te olbrzymie zderzenia są bardzo słabo poznane. Dzięki możliwościom nadchodzących dziesięcioleci, naukowcy będą mogli obserwować więcej takich zdarzeń na różnych etapach i ostatecznie poskładać kompletny „film” łączących się galaktyk.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:
ESA

Dodaj komentarz

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.