Разгаданы загадки космических «радиореликвий»

Учёные из Потсдамского астрофизического института (AIP) предложили решение трёх главных загадок, связанных с «радиореликвиями» — гигантскими дугами радиоизлучения, возникающими при столкновении галактических скоплений.

Ударные волны, распространяющиеся при слиянии скоплений галактик. Слева — плотность газа, справа — рассеиваемая энергия с чёткими фронтами ударных волн. Автор: AIP/J. Whittingham

Радиореликвии, протяжённостью свыше 6 миллионов световых лет, образуются, когда ударные волны от столкновения скоплений галактик ускоряют электроны, заставляя их излучать в радиодиапазоне. Однако наблюдения выявили три необъяснимых явления: аномально высокую силу магнитного поля в реликтах, расхождение в оценках мощности ударных волн при наблюдениях в радио- и рентгеновском диапазонах, и то, что многие ударные волны, согласно рентгеновским данным, слишком слабы для генерации наблюдаемого радиоизлучения.

Используя инновационный многоуровневый подход, исследователи смоделировали процессы от масштабов галактических скоплений до орбит отдельных электронов. «Ключом к успеху стало решение проблемы на разных масштабах», — пояснил ведущий автор исследования доктор Джозеф Уиттингем.

Многоступенчатое моделирование формирования радиореликвий. Автор: AIP/J. Whittingham

Моделирование показало, что при выходе на край скопления ударные волны сталкиваются с другими ударными волнами. Это создаёт турбулентность, которая сжимает и усиливает магнитное поле до наблюдаемых значений, решая первую загадку.

Проходя через сгустки газа, части ударного фронта локально усиливаются, что повышает радиоизлучение. Рентгеновское же излучение отражает среднюю, более слабую мощность ударной волны, что объясняет расхождение данных — это решает вторую загадку.

Поскольку основную часть реликвии создают самые мощные участки ударной волны, средние значения, полученные из рентгеновских данных, не противоречат теории ускорения электронов, что снимает третье противоречие.

Исследование опубликовано на сервере препринтов arXiv.