Gugus galaksi, struktur terbesar di alam semesta yang terikat oleh gravitasi, bertabrakan dengan kekuatan yang sangat besar, menciptakan gelombang kejut yang membentang hingga jutaan tahun cahaya. Tabrakan ini menghasilkan peninggalan radio —pancaran emisi radio yang sangat besar yang ditenagai oleh elektron berenergi yang berputar dalam medan magnet. Namun, pengamatan baru-baru ini mengungkap kontradiksi: medan magnet kuat yang tidak terduga, perbedaan antara pengukuran kekuatan kejut radio dan sinar-X, dan gelombang kejut yang tampak terlalu lemah untuk menjelaskan emisi radio yang diamati.
Para peneliti di institut AIP kini telah memecahkan teka-teki ini menggunakan pendekatan pemodelan multi-skala yang baru. Karya mereka, yang dipublikasikan di server pracetak arXiv, menghubungkan fisika tabrakan gugus galaksi—yang mencakup miliaran tahun cahaya—dengan perilaku elektron pada skala satu triliun kali lebih kecil.
Kuncinya terletak pada bagaimana gelombang kejut berinteraksi dengan tepi luar cluster. Ketika gelombang kejut bertabrakan dengan gas yang masuk, ia memampatkan material, membentuk lembaran padat yang bergerak keluar. Lembaran ini kemudian bertemu dengan gumpalan gas lebih lanjut, menciptakan turbulensi yang memperkuat dan memutar medan magnet hingga intensitas yang diamati. Proses ini menjelaskan kekuatan medan magnet yang sangat tinggi.
Lebih jauh lagi, model tersebut mengungkapkan mengapa pengamatan radio dan sinar-X berbeda. Emisi radio berasal dari bagian terkuat dari guncangan depan, sedangkan pengukuran sinar-X mencerminkan kekuatan guncangan rata-rata yang lebih lemah. Perbedaan tersebut bukanlah suatu kontradiksi; ini adalah konsekuensi dari mengamati bagian-bagian berbeda dari fenomena yang sama.
Terakhir, penelitian ini menunjukkan bahwa meskipun kekuatan kejut rata-rata tampak rendah, wilayah terkuat masih dapat memberi energi pada elektron secara efisien. Karena sebagian besar emisi radio berasal dari daerah berintensitas tinggi yang terlokalisasi ini, keseluruhan teori percepatan elektron pada guncangan tetap berlaku.
Terobosan ini memecahkan teka-teki lama seputar peninggalan radio, menghubungkan pembentukan struktur berskala besar dengan fisika partikel fundamental. Tim peneliti berencana memanfaatkan keberhasilan ini untuk mengatasi misteri yang tersisa, memperluas pemahaman kita tentang lingkungan kosmik yang ekstrem ini
