Gli ammassi di galassie, le strutture più grandi dell’universo vincolate dalla gravità, si scontrano con una forza immensa, creando onde d’urto che si estendono per milioni di anni luce. Queste collisioni generano reliquie radio : vasti archi di emissioni radio alimentati da elettroni energizzati che si muovono a spirale all’interno di campi magnetici. Tuttavia, recenti osservazioni hanno messo in luce contraddizioni: campi magnetici inaspettatamente forti, discrepanze tra le misurazioni radio e raggi X della forza d’urto e onde d’urto che sembrano troppo deboli per spiegare l’emissione radio osservata.
I ricercatori dell’istituto AIP hanno ora risolto questi enigmi utilizzando un nuovo approccio di modellazione multiscala. Il loro lavoro, pubblicato sul server di prestampa arXiv, collega la fisica delle collisioni di ammassi di galassie, che si estendono per miliardi di anni luce, con il comportamento degli elettroni su scale trilioni di volte più piccole.
La chiave sta nel modo in cui le onde d’urto interagiscono con i bordi esterni dell’ammasso. Quando un’onda d’urto si scontra con il gas in caduta, comprime il materiale, formando un foglio denso che si sposta verso l’esterno. Questo foglio poi incontra ulteriori grumi di gas, creando turbolenza che rafforza e torce i campi magnetici alle intensità osservate. Questo processo spiega le intensità del campo magnetico inaspettatamente elevate.
Inoltre, il modello rivela perché le osservazioni radio e quelle a raggi X non sono d’accordo. L’emissione radio ha origine dalle parti più forti del fronte dell’urto, mentre le misurazioni dei raggi X riflettono la forza media e più debole dell’urto. La discrepanza non è una contraddizione; è una conseguenza dell’osservazione di parti diverse dello stesso fenomeno.
Infine, lo studio dimostra che anche se la forza d’urto media appare bassa, le regioni più forti possono comunque energizzare gli elettroni in modo efficiente. Poiché la maggior parte delle emissioni radio provengono da queste aree localizzate ad alta intensità, la teoria generale dell’accelerazione degli elettroni durante gli shock rimane valida.
Questa svolta risolve enigmi di vecchia data che circondano le reliquie radio, collegando la formazione di strutture su larga scala con la fisica fondamentale delle particelle. Il gruppo di ricerca prevede di sfruttare questo successo per affrontare i misteri rimanenti, approfondendo la nostra comprensione di questi ambienti cosmici estremi
