Sosem látott szakaszban csíptek el egy galaxishalmaz-ütközést

6342

A galaxishalmazok ütközése rendkívül hosszú és lassú folyamat. A csillagászok most felfedeztek egy galaxishalmaz-párt, amely az ütközések eddig még nem látott fázisában van.

A galaxishalmaz-ütközések időben változó alakzatot hoznak létre. Az ütközéseknek három fő szakaszát különböztetjük meg: először egy tompa formát látunk, mint a bal oldali középső képen, a Lövedék-halmaz esetében. Ezt követi egy hegyes csúcsú kúp, mint az alsó képen, a ZwCl 2341+0000 jelű objektum esetében. Ezt egy nyelvszerű forma követi, mint a jobb oldali középső képen, az Abell 168 jelű halmaznál. (A bal és a jobb felső sarokban az ütközés előtti és utáni fázis látható.) A középső kúp forma egy átmeneti szakasz, amit eddig nem sikerült lefotózni. Ezek a képek röntgentartományban készült felvételek, így rajtuk nem maguk a galaxisok, hanem a bennük lévő forró gáz látszik. Ami valójában ütközik, az a halmazon belüli közeg – maguk a galaxisok és a bennük lévő sötét anyag nagyrészt zavartalanul áthalad egymáson. (Forrás: SRON Netherlands Institute for Space Research)

A csillagászoknak most először sikerült lefotózniuk egy olyan galaxishalmaz-párt, amely az ütközés egy viszonylag rövid ideig tartó, átmeneti fázisában van épp. Az új megfigyeléseket számítógépes szimulációkkal is sikerült reprodukálni.

A Xiaoyuan Zhang (Leiden University) vezette kutatócsoport a NASA Chandra röntgenobszervatóriumának adatai alapján térképezte fel a ZwCL 2341+0000 jelű összeolvadó galaxishalmaz-párban található forró gáz eloszlását. A galaxishalmazok 3 milliárd fényévre vannak tőlünk a Halak csillagkép irányában.

A kutatócsoport 57 órán keresztül figyelte meg a távoli halmazpárt a Chandra obszervatóriummal, és közben több ezer röntgenfotont gyűjtött be. A megfigyelések egy hegyes, kúp alakú struktúrát fedtek fel az ütköző galaxishalmazok között. Az egyik halmaz háromszor akkora tömegű, mint a másik. „Ez valóban váratlan volt.” – mondja a kutatásban résztvevő Aurora Simionescu (SRON). „Még sosem láttam ehhez hasonlót.”

Amikor két galaxishalmaz ütközik, szinte háborítatlanul áthatolnak egymáson. A galaxishalmazokban lévő nagy mennyiségű sötét anyaghoz hasonlóan maguk a galaxisok sem ütköznek, csupán a gravitációjuk hat egymásra. A forró, röntgensugárzó halmazközi gáz az, ami valójában ütközik, a különböző hőmérsékletű gáztömegek határán pedig úgynevezett hidegfrontok alakulnak ki.

Kompozit felvétel a Lövedék-halmazról, amely két, ütközésben lévő galaxishalmaz. A képen a forró gáz (röntgen, rózsaszínnel jelölve) szétterjed a galaxisok körül (látható fény, vörös, zöld és kék színnel). A sötét anyagot gravitációs lencsézéssel mérték ki, és kék színnel jelölték. A lövedékforma csak a röntgen tartományban látható. A két halmaz galaxisai és sötét anyaga nagyjából zavartalanul halad át egymáson. (Forrás: NASA / CXC / M. Weiss)

Az ütközés korai szakaszaiban ezek a struktúrák tompa formát vesznek fel – ennek híres példája a Lövedék-halmaz. A végső szakaszokban megtörő hullámokként inkább visszacsavarodnak magukra, mintha egy nyelvet vagy visszacsapódó csúzligumit látnánk. A csillagászok mindkét struktúrát – a tompa lövedéket és a hullámos nyelvet is – gyakran megfigyelték már, de a ZwCl 2341+0000 jelű halmazpár ütközésének hegyes kúpformája új jelenség volt.

Zhang és munkatársai John ZuHone (Center for Astrophysics, Harvard & Smithsonian) segítségét kérték, aki 2011 óta foglalkozik ütköző és összeolvadó galaxishalmaz-párok számítógépes modellezésével. ZuHone szerint a szimulációk felfedték, hogy a halmazok jellemzői, mint például a tömeg és a sűrűség hatással vannak a röntgensugárzó gáz eloszlására, ahogy az ütközés paraméterei, így a szög és a sebesség is.

ZuHone és Bryan Brzycki (University of California) 2019-ben részletesebb szimulációkról számolt be, amelyekben számításba vették a mágneses terek hatásait is. „Amikor a mágneses erővonalak körbefonják a hidegfrontokat, akadályozzák a sebességperturbációk kifejlődését.” – mondja ZuHone. Mivel a mágneses tér egy vonalban tartja a gázt, sokkal keskenyebb szerkezet alakul ki viszonylag éles szélekkel, amelyek akár egymillió fényév hosszúak is lehetnek.

A ZwCl 2341+0000 jelű halmazpáron futtatott új magnetohidrodinamikai szimulációk sikeresen reprodukálták a kúp formát, amelyről az is kiderült, hogy viszonylag rövid ideig, csupán néhány százmillió évig marad fenn. A gáz végül visszahullik a sötét anyag gravitációs kútjába, mondja ZuHone, „miközben úgy lötyög, mint a bor a pohárban.”

A Chandra megfigyeléseinek és a legújabb számítógépes modelleknek köszönhető tanulmányt az Astronomy & Astrophysics tette közzé (preprint itt). A galaxishalmaz „valószínűleg egy rövid ideig tartó fázisban van, amelyet ritkán figyelünk meg, és jó példát szolgáltat a lövedékforma és a visszacsapódó csúzligumi közötti komplex átmenetre.” – írják a kutatók.

Simionescu szerint a ZwCl 2341+0000-ről készült új felvételeknek hála megtudhatjuk, hogyan fog változni a Lövedék-halmaz alakja az elkövetkező néhány százmillió évben. A galaxishalmaz-ütközések nagyon hosszú időskálán mennek végbe, teszi hozzá ZuHone, de az a jó a számítógépes szimulációkban, hogy általuk felgyorsíthatjuk az időt, és megtalálhatjuk a helyét egyetlen felvételnek a több milliárd év hosszúságú mozifilmben.

Forrás: Sky & Telescope

Hozzászólás

hozzászólás