Os aglomerados de galáxias, as maiores estruturas do universo ligadas pela gravidade, colidem com uma força imensa, criando ondas de choque que se estendem por milhões de anos-luz. Essas colisões geram relíquias de rádio – vastos arcos de emissão de rádio alimentados por elétrons energizados espiralando dentro de campos magnéticos. No entanto, observações recentes expuseram contradições: campos magnéticos inesperadamente fortes, discrepâncias entre medições de rádio e raios X da intensidade do choque e ondas de choque que parecem demasiado fracas para explicar a emissão de rádio observada.
Pesquisadores do instituto AIP resolveram agora esses quebra-cabeças usando uma nova abordagem de modelagem em múltiplas escalas. O seu trabalho, publicado no servidor de pré-impressão arXiv, liga a física das colisões de enxames de galáxias – abrangendo milhares de milhões de anos-luz – com o comportamento dos eletrões em escalas um bilião de vezes mais pequenas.
A chave está na forma como as ondas de choque interagem com as bordas externas do aglomerado. Quando uma onda de choque colide com o gás que cai, ela comprime o material, formando uma folha densa que se move para fora. Esta camada encontra então mais aglomerados de gás, criando turbulência que fortalece e distorce os campos magnéticos nas intensidades observadas. Este processo explica as intensidades inesperadamente elevadas do campo magnético.
Além disso, o modelo revela porque as observações de rádio e raios X discordam. A emissão de rádio se origina das partes mais fortes da frente de choque, enquanto as medições de raios X refletem a força média e mais fraca do choque. A discrepância não é uma contradição; é uma consequência da observação de diferentes partes do mesmo fenômeno.
Finalmente, o estudo demonstra que mesmo que a força média do choque pareça baixa, as regiões mais fortes ainda podem energizar os electrões de forma eficiente. Como a maior parte da emissão de rádio vem dessas áreas localizadas de alta intensidade, a teoria geral da aceleração dos elétrons nos choques permanece válida.
Esta descoberta resolve enigmas de longa data em torno das relíquias de rádio, conectando a formação de estruturas em grande escala com a física fundamental das partículas. A equipa de investigação planeia aproveitar este sucesso para resolver os mistérios restantes, aprofundando a nossa compreensão destes ambientes cósmicos extremos.
