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Wir haben einige seltsame Radioquellen in einem fernen Galaxienhaufen gefunden. Sie lassen uns überdenken, was wir zu wissen glaubten

Der kollidierende Cluster Abell 3266, gesehen über das elektromagnetische Spektrum, unter Verwendung von Daten von ASKAP und ATCA (rot/orange/gelbe Farben), XMM-Newton (blau) und der Dark Energy Survey (Hintergrundkarte). Bildnachweis: Christopher Riseley (Università di Bologna), Autor bereitgestellt

Das Universum ist übersät mit Galaxienhaufen – riesigen Strukturen, die sich an den Schnittpunkten des kosmischen Netzes auftürmen. Ein einzelner Haufen kann Millionen von Lichtjahren umfassen und aus Hunderten oder sogar Tausenden von Galaxien bestehen.

Diese Galaxien machen jedoch nur wenige Prozent der Gesamtmasse eines Haufens aus. Etwa 80 % davon sind dunkle Materie, und der Rest ist eine heiße Plasma-„Suppe“: Gas, das auf über 10.000.000℃ erhitzt und mit schwachen Magnetfeldern verwoben ist.

Wir und unser internationales Kollegenteam haben innerhalb eines besonders dynamischen Galaxienhaufens namens Abell 3266 eine Reihe selten beobachteter Radioobjekte – ein Radiorelikt, einen Radiohalo und fossile Radioemissionen – identifiziert. Sie widerlegen bestehende Theorien über die Ursprünge solcher Objekte und ihre Eigenschaften.

Reliquien, Heiligenscheine und Fossilien

Galaxienhaufen ermöglichen es uns, ein breites Spektrum an reichhaltigen Prozessen – einschließlich Magnetismus und Plasmaphysik – in Umgebungen zu untersuchen, die wir in unseren Labors nicht nachbilden können.

Wenn Cluster miteinander kollidieren, werden riesige Energiemengen in die Teilchen des heißen Plasmas eingebracht, wodurch Radioemissionen erzeugt werden. Und diese Emission kommt in einer Vielzahl von Formen und Größen vor.

„Funkrelikte“ sind ein Beispiel. Sie sind bogenförmig und sitzen am Rand eines Clusters, angetrieben von Stoßwellen, die durch das Plasma wandern, was einen Dichte- oder Drucksprung verursacht und die Teilchen mit Energie versorgt. Ein Beispiel für eine Schockwelle auf der Erde ist der Überschallknall, der auftritt, wenn ein Flugzeug die Schallmauer durchbricht.

„Radiohalos“ sind unregelmäßige Quellen, die zum Zentrum des Clusters hin liegen. Sie werden durch Turbulenzen im heißen Plasma angetrieben, die den Teilchen Energie verleihen. Wir wissen, dass sowohl Halos als auch Relikte durch Kollisionen zwischen Galaxienhaufen erzeugt werden – doch viele ihrer grobkörnigen Details bleiben schwer fassbar.

Dann gibt es „fossile“ Radioquellen. Dies sind die Radioüberbleibsel vom Tod eines supermassereichen Schwarzen Lochs im Zentrum einer Radiogalaxie.

Wenn sie in Aktion sind, schießen Schwarze Löcher riesige Plasmastrahlen weit über die Galaxie hinaus. Wenn ihnen der Treibstoff ausgeht und sie abschalten, beginnen die Düsen sich aufzulösen. Die Überreste sind das, was wir als Radiofossilien entdecken.

Abell 3266

Unser neues Papier, das in den Monthly Notices of the Royal Astronomical Society veröffentlicht wurde, präsentiert eine sehr detaillierte Studie eines Galaxienhaufens namens Abell 3266.

Dies ist ein besonders dynamisches und unordentliches kollidierendes System in etwa 800 Millionen Lichtjahren Entfernung. Es hat alle Merkmale eines Systems, das Relikte und Heiligenscheine beherbergen sollte – doch bis vor kurzem wurden keine entdeckt.

Im Anschluss an Arbeiten, die Anfang dieses Jahres mit dem Murchison Widefield Array durchgeführt wurden, haben wir neue Daten des Radioteleskops ASKAP und des Australia Telescope Compact Array (ATCA) verwendet, um Abell 3266 genauer zu sehen.

Unsere Daten zeichnen ein komplexes Bild. Sie können dies im Leitbild sehen: Gelbe Farben zeigen Merkmale an, an denen Energiezufuhr aktiv ist. Der blaue Schleier stellt das heiße Plasma dar, das bei Röntgenwellenlängen eingefangen wurde.

Rotere Farben zeigen Merkmale, die nur bei niedrigeren Frequenzen sichtbar sind. Das bedeutet, dass diese Objekte älter sind und weniger Energie haben. Entweder haben sie im Laufe der Zeit viel Energie verloren, oder sie hatten nie viel von Anfang an.

Das Funkrelikt ist am unteren Rand des Bildes in Rot zu sehen (siehe unten für einen Zoom). Und unsere Daten hier zeigen besondere Merkmale, die noch nie zuvor in einem Relikt gesehen wurden.

Wir haben einige seltsame Radioquellen in einem fernen Galaxienhaufen gefunden.  Sie lassen uns überdenken, was wir zu wissen glaubten.

Das ‚falsche‘ Relikt in Abell 3266 wird hier mit gelben/orangen/roten Farben gezeigt, die die Radiohelligkeit darstellen. Bildnachweis: Christopher Riseley, unter Verwendung von Daten von ASKAP, ATCA, XMM-Newton und der Dark Energy Survey

Ungewöhnlich ist auch seine konkave Form, die ihm den einprägsamen Spitznamen eines „falschen Weges“ einbrachte. Insgesamt brechen unsere Daten unser Verständnis davon, wie Relikte erzeugt werden, und wir arbeiten immer noch daran, die komplexe Physik hinter diesen Funkobjekten zu entschlüsseln.

Uralte Überreste eines supermassereichen Schwarzen Lochs

Das Radiofossil, das oben rechts im Leitbild (und auch darunter) zu sehen ist, ist sehr schwach und rot, was darauf hindeutet, dass es uralt ist. Wir glauben, dass diese Radioemission ursprünglich aus der Galaxie unten links stammte, mit einem zentralen Schwarzen Loch, das seit langem ausgeschaltet ist.

Wir haben einige seltsame Radioquellen in einem fernen Galaxienhaufen gefunden.  Sie lassen uns überdenken, was wir zu wissen glaubten.

Das Radiofossil in Abell 3266 ist hier mit roten Farben und Konturen dargestellt, die die von ASKAP gemessene Radiohelligkeit darstellen, und blauen Farben, die das heiße Plasma zeigen. Der cyanfarbene Pfeil zeigt auf die Galaxie, von der wir glauben, dass sie einst das Fossil angetrieben hat. Bildnachweis: Christopher Riseley, unter Verwendung von Daten von ASKAP, XMM-Newton und der Dark Energy Survey

Unsere besten physikalischen Modelle passen einfach nicht zu den Daten. Dies offenbart Lücken in unserem Verständnis darüber, wie sich diese Quellen entwickeln – Lücken, an deren Schließung wir arbeiten.

Schließlich haben wir mit einem cleveren Algorithmus das Leitbild defokussiert, um nach einer sehr schwachen Emission zu suchen, die bei hoher Auflösung unsichtbar ist, und so die erste Entdeckung eines Funkhofs in Abell 3266 entdeckt (siehe unten).

Wir haben einige seltsame Radioquellen in einem fernen Galaxienhaufen gefunden.  Sie lassen uns überdenken, was wir zu wissen glaubten.

Der Radiohalo in Abell 3266 wird hier mit roten Farben und Konturen gezeigt, die die von ASKAP gemessene Radiohelligkeit darstellen, und blauen Farben, die das heiße Plasma zeigen. Die gestrichelte cyanfarbene Kurve markiert die äußeren Grenzen des Funkhofs. Bildnachweis: Christopher Riseley, unter Verwendung von Daten von ASKAP, XMM-Newton und der Dark Energy Survey

Der Zukunft entgegen

Dies ist der Beginn des Weges zum Verständnis von Abell 3266. Wir haben eine Fülle neuer und detaillierter Informationen entdeckt, aber unsere Studie hat noch mehr Fragen aufgeworfen.

Die von uns verwendeten Teleskope legen den Grundstein für die revolutionäre Wissenschaft des Square Kilometre Array-Projekts. Studien wie die unsere ermöglichen es Astronomen, herauszufinden, was wir nicht wissen – aber Sie können sicher sein, dass wir es herausfinden werden.



Dieser Artikel wurde von The Conversation unter einer Creative Commons-Lizenz neu veröffentlicht. Lesen Sie den Originalartikel.Die Unterhaltung

Zitat: Wir haben einige seltsame Radioquellen in einem fernen Galaxienhaufen gefunden. Sie lassen uns überdenken, was wir zu wissen glaubten (2022, 1. August), abgerufen am 4. August 2022

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