Скопления галактик, крупнейшие структуры во Вселенной, связанные гравитацией, сталкиваются с огромной силой, создавая ударные волны, простирающиеся на миллионы световых лет. Эти столкновения генерируют радиореликты – огромные дуги радиоизлучения, питаемые энергичными электронами, спиральными в магнитных полях. Однако недавние наблюдения выявили противоречия: неожиданно сильные магнитные поля, расхождения между радио- и рентгеновскими измерениями силы ударной волны, а также ударные волны, которые кажутся слишком слабыми, чтобы объяснить наблюдаемое радиоизлучение.
Исследователи из Института передовых исследований (AIP) теперь разрешили эти головоломки, используя новый мультимасштабный подход к моделированию. Их работа, опубликованная на сервере препринтов arXiv, связывает физику столкновений скоплений галактик, охватывающих миллиарды световых лет, с поведением электронов в масштабах в триллион раз меньше.
Ключ заключается в том, как ударные волны взаимодействуют с внешними краями скопления. Когда ударная волна сталкивается с падающим газом, она сжимает материал, образуя плотный слой, который движется наружу. Этот слой затем сталкивается с дальнейшими газовыми сгустками, создавая турбулентность, которая усиливает и скручивает магнитные поля до наблюдаемых интенсивностей. Этот процесс объясняет неожиданно высокие силы магнитных полей.
Кроме того, модель показывает, почему радио- и рентгеновские наблюдения расходятся. Радиоизлучение исходит из самых сильных частей ударного фронта, в то время как рентгеновские измерения отражают среднюю, более слабую силу ударной волны. Расхождение – это не противоречие; это следствие наблюдения разных частей одного и того же явления.
Наконец, исследование показывает, что даже если средняя сила ударной волны кажется низкой, самые сильные области все равно могут эффективно ускорять электроны. Поскольку большая часть радиоизлучения исходит из этих локальных областей высокой интенсивности, общая теория ускорения электронов на ударных волнах остается верной.
Этот прорыв разрешает давние головоломки, окружающие радиореликты, связывая формирование крупномасштабных структур с фундаментальной физикой частиц. Исследовательская группа планирует опираться на этот успех, чтобы решить оставшиеся загадки, углубляя наше понимание этих экстремальных космических сред.
