Abell 1758N. (ESA/Hubble, NASA) Eine seltene Verschmelzung von Galaxienhaufen hat gerade einen noch selteneren Anblick offenbart. Astronomen haben eine riesige niederfrequente Radiobrücke zwischen den beiden entdeckt, die sich über eine Entfernung von 6,5 Millionen Lichtjahren erstreckt – ein Beweis dafür, dass sie in der frühen Phase des Verschmelzungsprozesses durch ein Magnetfeld verbunden waren.
Es ist erst das zweite Mal, dass eine solche Funkbrücke zwischen verschmelzenden Galaxienhaufen identifiziert wurde. Aber es liefert bereits einige wichtige Hinweise darauf, wie diese Brücken entstehen.
Die Galaxienhaufen sind etwa drei Milliarden Lichtjahre entfernt und gehören zu einer Gruppe namens Abell 1758. Insgesamt sind vier Galaxienhaufen an der drohenden Kollision beteiligt – zwei massereiche Haufenpaare, die zusammenkommen.
Letztes Jahr Röntgendaten zeigten, dass das eng verbundene Paar im nördlichen Segment, genannt Abell 1758N, sich bereits vor etwa 300 bis 400 Millionen Jahren zusammengerückt und getrennt hat, wobei die Clusterkerne aneinander vorbeizogen. Irgendwann werden sie sich wieder umdrehen und wieder zusammenkommen. Das Clusterpaar im Süden, Abell 1758S, nähert sich einander immer noch zum ersten Mal.
Beide Paare haben einen Radiohalo, der vermutlich durch die Beschleunigung von Elektronen bei einem Verschmelzungsereignis entsteht. Und es sind diese Paare, die einen Abstand von 6 Millionen Lichtjahren haben, eine Lücke, die sich langsam schließt, was letztendlich zu einem Vier-Wege-Cluster führt … verdammt.
Dieses Szenario ist den Galaxienhaufen Abell 0399 und Abell 0401 sehr ähnlich Letztes Jahr wurden die ersten verschmelzenden Galaxienhaufen entdeckt eine Niederfrequenz-Funkbrücke zu haben, die sie verbindet.
Mit dem Niederfrequenz-Radioteleskop LOFAR, das aus 25.000 Antennen an 51 Standorten besteht, entdeckten Astronomen eine deutliche Radioemission bei 140 Megahertz.
Jetzt hat ein Team von Astrophysikern unter der Leitung von Andrea Botteon vom Observatorium Leiden in den Niederlanden LOFAR auf Abell 1758 umgestellt. Bei 144 Megahertz entdeckten sie Radioemissionen zwischen A1758N und A1758S, genau wie die Radiobrücke zwischen Abell 0399 und Abell 0401.
(Botteon et al., MNRAS, 2020)
'Wir bestätigen,' sie schrieben in ihrer Zeitung , „das Vorhandensein einer riesigen Brücke aus Funkemissionen, die die beiden Systeme verbindet, über die in unserer früheren Arbeit nur vorläufig berichtet wurde.“ Dies ist die zweite großflächige Funkbrücke, die bisher in einem Clusterpaar beobachtet wurde. „Die Brücke ist im LOFAR-Bild bei 144 MHz deutlich sichtbar und wird vorläufig bei 53 MHz entdeckt.“
Diese Emission wird als Beweis für ein riesiges Magnetfeld interpretiert, das die beiden Cluster verbindet. Wenn dieses Magnetfeld als Synchrotron (Teilchenbeschleuniger) fungiert, sollten Elektronen entlang ihm auf relativistische Geschwindigkeiten beschleunigt werden, wodurch Synchrotronstrahlung erzeugt wird, die als niederfrequentes Radioglühen erkennbar ist.
Aber es gibt noch eine andere mögliche Erklärung – die Fermi-Beschleunigung, bei der Elektronen, die mit Turbulenzen und astrophysikalischen Stoßwellen interagieren, beschleunigt werden, was die elektromagnetische Emission verstärkt.
In der dichten Region zwischen zwei Clustern, die sich vor der Verschmelzung befanden, könnten solche Turbulenzen und Stoßwellen in den frühen Stadien einer Verschmelzung erzeugt werden. Und die Ergebnisse des Teams deuten darauf hin, dass dies insbesondere dann der Fall sein könnte, wenn die Cluster bereits auf irgendeine Weise gravitativ gestört wären – beispielsweise wenn jeder Cluster ein Paar kleinerer, eigenständiger, interagierender Cluster wäre.
Botteon und sein Team bringen zwei unterstützende Argumente für dieses Szenario vor. Erstens zeigte ein Paar verschmelzender Cluster mit geringerer Masse, von denen nur einer einen Radiohalo aufwies, in LOFAR-Beobachtungen keine Hinweise auf eine Radiobrücke. laut einem Papier vom letzten Jahr .
Chandra-Beobachtung (links) und LOFAR (rechts). (Botteon et al., MNRAS, 2020)
Zweitens untersuchte das Team auch Beobachtungen von Abell 1758, die mit dem Chandra-Röntgenobservatorium gemacht wurden. Und sie fanden heraus, dass die Röntgenemission sehr eng mit der Radioemission bei 144 Megahertz korreliert – im Einklang mit den Vorhersagen des Fermi-Beschleunigungsszenarios.
Bei der Verschmelzung von Abell 0399 und Abell 0401 stellten die Forscher fest, dass die Synchrotronbeschleunigung allein nicht für die enormen Entfernungen verantwortlich sein konnte, die die Elektronen zurücklegten. Sie führten Simulationen durch und stellten fest, dass durch die Verschmelzung erzeugte Stoßwellen die Hochgeschwindigkeitselektronen erneut beschleunigten, was zu einer Emission führte, die mit den LOFAR-Beobachtungen übereinstimmte.
Es scheint also wahrscheinlich, dass mehrere Arten der Beschleunigung im Spiel sind – dass ein Magnetfeld Millionen von Lichtjahren über den Raum zwischen Galaxienhaufen ausdehnen kann, aber Stoßwellen und Turbulenzen fügen das besondere Etwas hinzu, das die Brücke vervollständigt.
„Bisher wurden nur zwei riesige Funkbrücken innerhalb des Clusters entdeckt.“ Botteon und seine Kollegen schrieben .
„Dies gehören zu den größten Strukturen, die bisher im Universum beobachtet wurden, und ihr Ursprung hängt wahrscheinlich mit den Turbulenzen (und Schocks) zusammen, die im Intra-Cluster-Medium während der Anfangsphase der Verschmelzung erzeugt wurden und sowohl das Radio als auch X verstärken.“ -Strahlenemission zwischen den Clustern.'
Es gibt eine ganze Reihe verschmelzender Galaxienhaufen die identifiziert wurden da draußen im weiteren Universum. Die Suche nach weiteren dieser mysteriösen Funkbrücken könnte dabei helfen, herauszufinden, was diese riesigen Strukturen erzeugt.
Die Forschung wurde im veröffentlicht Monatliche Mitteilungen der Royal Astronomical Society .