Vreemde radiobronnen in verre melkwegclusters tarten ons begrip

Het heelal is bezaaid met clusters van sterrenstelsels – enorme structuren opgestapeld op de kruispunten van het kosmische web. Een enkele cluster kan miljoenen lichtjaren in doorsnede omspannen en bestaat uit honderden of zelfs duizenden sterrenstelsels.

Deze sterrenstelsels vertegenwoordigen echter slechts een paar procent van de totale massa van een cluster. Ongeveer 80 procent daarvan is donkere materie, en de rest is een hete plasma-“soep”: gas verwarmd tot boven 10.000.000 ℃ en verweven met zwakke magnetische velden.

Wij en ons internationale team van collega’s hebben een reeks zelden waargenomen radio-objecten geïdentificeerd – een radiorelikwie, een radiohalo en fossiele radio-emissie – binnen een bijzonder dynamisch melkwegcluster genaamd Abell 3266. Ze tarten bestaande theorieën over zowel de oorsprong van dergelijke objecten en hun kenmerken.

(Christopher Riseley, met behulp van gegevens van ASKAP, ATCA, XMM-Newton en de Dark Energy Survey)

Boven: het botsende cluster Abell 3266 zoals gezien over het elektromagnetische spectrum, met behulp van gegevens van ASKAP en de ATCA (rood/oranje/gele kleuren), XMM-Newton (blauw) en de Dark Energy Survey (achtergrondkaart).

Relieken, halo’s en fossielen

Met clusters van sterrenstelsels kunnen we een breed scala aan rijke processen bestuderen, waaronder magnetisme en plasmafysica, in omgevingen die we in onze laboratoria niet kunnen nabootsen.

Wanneer clusters met elkaar botsen, worden enorme hoeveelheden energie in de deeltjes van het hete plasma gestopt, waardoor radiostraling wordt gegenereerd. En deze emissie is er in verschillende soorten en maten.

“Radio relikwieën” zijn een voorbeeld. Ze zijn boogvormig en zitten in de richting van de rand van een cluster, aangedreven door schokgolven die door het plasma reizen, die een sprong in dichtheid of druk veroorzaken en de deeltjes energie geven. Een voorbeeld van een schokgolf op aarde is de sonische knal die optreedt wanneer een vliegtuig de geluidsbarrière doorbreekt.

“Radio halo’s” zijn onregelmatige bronnen die in de richting van het centrum van de cluster liggen. Ze worden aangedreven door turbulentie in het hete plasma, dat energie aan de deeltjes geeft. We weten dat zowel halo’s als relikwieën worden gegenereerd door botsingen tussen clusters van sterrenstelsels, maar veel van hun ruige details blijven ongrijpbaar.

Dan zijn er nog “fossiele” radiobronnen. Dit zijn de radioresten van de dood van een superzwaar zwart gat in het centrum van een radiostelsel.

Als ze in actie zijn, schieten zwarte gaten enorme plasmastralen tot ver buiten de melkweg zelf. Als ze geen brandstof meer hebben en stoppen, beginnen de jets te verdwijnen. De overblijfselen zijn wat we detecteren als radiofossielen.

Abell 3266

Ons nieuwe artikel, gepubliceerd in de Maandelijkse mededelingen van de Royal Astronomical Societypresenteert een zeer gedetailleerde studie van een melkwegcluster genaamd Abell 3266.

Dit is een bijzonder dynamisch en rommelig botsend systeem op ongeveer 800 miljoen lichtjaar afstand. Het heeft alle kenmerken van een systeem dat: zou moeten gastheer zijn voor relikwieën en halo’s – maar tot voor kort was er geen ontdekt.

Als vervolg op het werk dat eerder dit jaar is uitgevoerd met de Murchison Widefield Array, hebben we nieuwe gegevens van de ASKAP-radiotelescoop en de Australia Telescope Compact Array (ATCA) gebruikt om Abell 3266 in meer detail te bekijken.

Onze data schetsen een complex beeld. U kunt dit zien in de afbeelding van de lead: gele kleuren tonen functies waar energie-invoer actief is. De blauwe waas vertegenwoordigt het hete plasma, vastgelegd op röntgengolflengten.

Rodere kleuren tonen kenmerken die alleen zichtbaar zijn bij lagere frequenties. Dit betekent dat deze objecten ouder zijn en minder energie hebben. Of ze hebben in de loop van de tijd veel energie verloren, of ze hebben nooit veel gehad om mee te beginnen.

Het radiorelikwie is in rood zichtbaar onderaan de afbeelding (zie hieronder voor een zoomlens). En onze gegevens hier onthullen specifieke kenmerken die nog nooit eerder in een relikwie zijn gezien.

Abell3266 4(Christopher Riseley, met behulp van gegevens van ASKAP, ATCA, XMM-Newton en de Dark Energy Survey)

Boven: Het ‘verkeerde’ relikwie in Abell 3266 wordt hier getoond met geel/oranje/rode kleuren die de radiohelderheid vertegenwoordigen.

De concave vorm is ook ongebruikelijk, waardoor het de pakkende bijnaam van een “verkeerde” relikwie heeft gekregen. Over het algemeen breken onze gegevens ons begrip van hoe relikwieën worden gegenereerd, en we werken nog steeds aan het ontcijferen van de complexe fysica achter deze radio-objecten.

Oude overblijfselen van een superzwaar zwart gat

Het radiofossiel, gezien in de richting van de rechterbovenhoek van de afbeelding (en ook hieronder), is erg zwak en rood, wat aangeeft dat het oud is. We denken dat deze radio-emissie oorspronkelijk uit het melkwegstelsel linksonder kwam, met een centraal zwart gat dat al lang is uitgeschakeld.

Abell3266 4(Christopher Riseley, met behulp van gegevens van ASKAP, ATCA, XMM-Newton en de Dark Energy Survey)

Boven: Het radiofossiel in Abell 3266 wordt hier getoond met rode kleuren en contouren die de radiohelderheid weergeven gemeten door ASKAP, en blauwe kleuren die het hete plasma laten zien. De cyaan pijl wijst naar het sterrenstelsel waarvan we denken dat het ooit het fossiel heeft aangedreven.

Onze beste fysieke modellen passen gewoon niet bij de gegevens. Dit onthult hiaten in ons begrip van hoe deze bronnen evolueren – hiaten die we proberen op te vullen.

Ten slotte hebben we met behulp van een slim algoritme het hoofdbeeld onscherp gemaakt om te zoeken naar zeer zwakke emissie die onzichtbaar is bij hoge resolutie, waardoor de eerste detectie van een radiohalo in Abell 3266 werd opgegraven (zie hieronder).

Abell3266 4(Christopher Riseley, met behulp van gegevens van ASKAP, ATCA, XMM-Newton en de Dark Energy Survey)

Boven: De radiohalo in Abell 3266 wordt hier getoond met rode kleuren en contouren die de radiohelderheid weergeven gemeten door ASKAP, en blauwe kleuren die het hete plasma tonen. De gestreepte cyaancurve markeert de buitengrenzen van de radiohalo.

Op weg naar de toekomst

Dit is het begin van de weg naar het begrijpen van Abell 3266. We hebben een schat aan nieuwe en gedetailleerde informatie ontdekt, maar ons onderzoek heeft nog meer vragen opgeroepen.

De telescopen die we hebben gebruikt, leggen de basis voor de revolutionaire wetenschap van het Square Kilometre Array-project. Studies zoals de onze stellen astronomen in staat om erachter te komen wat we niet weten – maar je kunt er zeker van zijn dat we erachter zullen komen.

We erkennen het Gomeroi-volk als de traditionele eigenaren van de site waar ATCA is gevestigd, en het Wajarri Yamatji-volk als de traditionele eigenaren van de Murchison Radioastronomy Observatory-site, waar ASKAP en de Murchison Widefield Array zich bevinden. Het gesprek

Christopher Riseley, Research Fellow, Università di Bologna en Tessa Vernstrom, Senior Research Fellow, The University of Western Australia.

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.

#Vreemde #radiobronnen #verre #melkwegclusters #tarten #ons #begrip

Leave a Comment

Your email address will not be published.