Skupina galaksij ni nič trivialnega. Pretresi, turbulenca, energija, saj se vsa ta snov in energija združita in medsebojno delujeta. In lahko opazujemo ves kaos in nered, ko se dogaja.
Skupina astronomov gleda na kopico galaksij Abell 2255 z evropskim radijskim teleskopom Low-Frequency Array (LOFAR), njihove slike pa prikazujejo nekatere še nikoli videne podrobnosti v tej kopici, ki se aktivno združuje.
Nova študija, ki je v veliki meri temeljila na LOFAR opazovanjih Abella 2255, je razkrila obseg kopice galaksij in njene emisije. Naslov prispevka je » Čudovita zmešnjava v Abellu 2255 .” Glavni avtor je Andrea Botteon z univerze Leiden na Nizozemskem. Članek bo objavljen v The Astrophysical Journal.
'Slika, ki izhaja iz našega dela, je slika enega najbolj zapletenih razpršenih radijskih virov, ki jih poznamo do zdaj.'
Iz časopisa 'Lepa zmešnjava v Abellu 2255.'
Abell 2255 velja za enega najbolj zapletenih objektov na nebu, kar zadeva radijske emisije, idealen cilj za LOFAR. In te nove slike LOFAR le še krepijo ta sklep. Avtorji v svojem prispevku pišejo, da 'slika, ki izhaja iz našega dela, je slika enega najbolj zapletenih razpršenih radijskih virov, ki jih poznamo do zdaj.'
Radijski teleskop LOFAR je geografsko razpršen niz približno 20.000 majhnih radijskih anten v skoraj 50 državah. LOFAR-jeva skupna površina zbiranja signala je lahko do 300.000 kvadratnih metrov (3,2 milijona kvadratnih čevljev), odvisno od tega, kako je niz konfiguriran in uporabljen. Vsi zbrani signali se pošljejo enemu superračunalniku za obdelavo, vendar ne v realnem času kot drugi interferometri.
Opazovanja LOFAR so razkrila nekatere podrobnosti, ki jih raziskovalci še nikoli niso videli.
'Odkrili smo obstoj številnih filamentov znotraj emisije halo, ki jih prej še nismo videli.'
Andrea Botteon, glavni avtor, Univerza Leiden.
Tako kot druge kopice galaksij tudi Abell 2255 vsebuje na stotine galaksij. Galaksije se razprostirajo na velikem območju, ki obsega stotine milijonov svetlobnih let, a so še vedno gravitacijsko povezane. In jata je več kot le galaksije.
Grozd ima tudi veliko magnetno polje in delce, ki se gibljejo z relativističnimi hitrostmi. Ko ti delci medsebojno delujejo z magnetnim poljem, oddajajo sevanje v radijskem pasu. LOFAR prilagaja te emisije.
Zemljevid spektralnega indeksa osrednje radijske emisije v Abell 2255. Ti zemljevidi prikazujejo, kako je gostota pretoka sevanja odvisna od frekvence sevanja. Zasluge za sliko: Botteon et al, 2020.
Astrofiziki te emisije imenujejo a radijski halo ker so sferične in gladke. Znanstveniki menijo, da haloji nastanejo, ko trčita dve kopici galaksij, emisije pa prihajajo iz osrednjega območja trka. To je vseeno najbolj sprejeta hipoteza, čeprav je še vedno nekaj negotovosti in nekaj neznank.
Toda halo Abella 2255 je drugačen. Manjka mu gladkosti drugih radijskih halojev.
V izjava za javnost , je dejal glavni avtor Botteon: 'Odkrili smo obstoj številnih filamentov znotraj emisije halo, ki jih prej nismo videli. To je bilo mogoče zahvaljujoč LOFAR, ki ima občutljivost in kotno ločljivost veliko višjo od radijskih teleskopov, ki so v preteklosti opazovali kopice galaksij, in tudi zato, ker odkrite filamente oddajajo večino svojega sevanja v dolgih radijskih valovnih dolžinah, ravno tistih, ki jih je zaznal LOFAR antene.”
Nitaste strukture, ki jih je opazil LOFAR v središču Abella 2255, so tukaj prikazane rdeče. Te radijske emisije so posledica sledi delcev in magnetnih polj, ki jih sproščajo galaksije med svojim gibanjem znotraj kopice (zasluge: Botteon et al. (2020) – LOFAR – SDSS).
Ta nova študija ni uporabljala le opazovanj LOFAR. Uporabili so tudi opazovanja iz drugega radijskega teleskopa, Westerborkovega sintetičnega radijskega teleskopa (WSRT). Primerjava slik iz obeh 'obsegov' kaže, kako močan je LOFAR, in nove podrobnosti, ki jih je odkril v Abell 2255.
Slika WSRT Abell 225 na levi in LOFAR slika istega na desni. Zasluge slike: Pizzo et al. (2009) – WSRT; Botteon et al. (2020) – LOFAR.
Raziskovalci so že vedeli, da Abell 2255 nasprotuje trendu gladkih, sferičnih radijskih halojev. Toda to delo samo poudarja nenavadno morfologijo emisij Abell 2255. Avtorji v svojem prispevku pišejo: 'Novi podatki LOFAR dodajo dodatno zapletenost naši sliki A2255, kjer je v osrednjo razpršeno emisijo vgrajena množica struktur na različnih lestvicah.'
Kaj je torej edinstvenega v Abellu 2255, ki ustvarja nitasto naravo njegove radijske emisije, v nasprotju z gladkimi in sferičnimi emisijami drugih jat galaksij?
Vsi radijski haloji izvirajo iz turbulence, ki jo v plinu grozda ustvarijo združitveni grozdi. To je sicer hipoteza. Možno je, da bodo ta nova opažanja osvetlila celoten proces.
'Filamenti, ki jih je odkril LOFAR, bi lahko nastali ravno kot posledica teh turbulentnih gibanj,' pravi Gianfranco Brunetti iz INAF-Bologna (Italija) in drugi avtor študije. 'Druga možnost, o kateri razmišljamo, je, da filamenti izvirajo iz interakcije med galaksijami, ki se gibljejo s hitrostmi več sto kilometrov na sekundo znotraj kopice, in plazmo, ki proizvaja radijsko oddajanje halo.'
LOFAR slika Abell 2255 z imenovanimi funkcijami. Značilnosti s črnimi oznakami so bile že znane, vendar so bile v tej študiji na novo identificirane značilnosti z modrimi oznakami. Zasluge za sliko: Botteon et al, 2020.
'Nitasta narava emisije kaže na pomen turbulentnih magnetnih polj, saj bodo pasovi emisije verjetno sledili niti magnetnih polj,' dodaja član ekipe Marcus Brüggen z Univerze v Hamburgu v Nemčiji.
Skupina raziskovalcev meni, da nekatere radijske funkcije ne izvirajo iz središča skupine. Nekateri od njih prihajajo iz bolj oddaljenih regij Abella 2255. In le radijski teleskop, kot je LOFAR, lahko to pomaga razvozlati.
Emisije, ki prihajajo iz oddaljenih regij in ne iz središča grozdov, imajo svojo zgodbo.
Po mnenju astrofizikov te emisije sledijo udarnim valovom, ki se širijo navzven na velike razdalje. Udarni valovi lahko pospešijo energijske delce in lahko okrepijo magnetna polja. V zunanjih regijah, od koder prihajajo te emisije, vroč medgalaktični plin oddaja le šibko sevanje. Tako šibki, da jih instrumenti, ki zaznavajo gama žarke in rentgenske žarke, v resnici ne vidijo. Toda LOFAR je idealno primeren za njihovo opazovanje.
Rentgenska slika Chandra Abell 2255 prikazuje veliko manj podrobnosti kot slike LOFAR in ne more zaznati sevanja iz oddaljenih regij kopice. Zasluge za sliko: NASA/Chandra/Botteon et al, 2020.
In ta podrobna opazovanja LOFAR astrofizikov postavljajo še eno vprašanje: ali te emisije sledijo kozmični mreži, ki povezuje jate galaksij?
'Da bi preučili, kako daleč sega radijska emisija v gruči, je LOFAR v zadnjih nekaj mesecih izvedel še globlje opazovanje Abell 2255,' pravi soavtor Reinout van Weeren z univerze Leiden na Nizozemskem. 'Eden od ciljev je razumeti, ali radijska emisija sega tudi onkraj Abella 2255 in sledi velikanski kozmični mreži, ki povezuje kopice galaksij v vesolju.'
Toda na to vprašanje bo treba počakati, da se bodo obravnavale prihodnje študije. In LOFAR bo verjetno imel vlogo tudi pri teh preiskavah.
Kot pišejo avtorji v zaključku svojega prispevka, »Analiza
druge značilnosti v sistemu, kot je razširjena emisija na veliki razdalji od središča gruče, bodo izvedene v prihodnjih delih, ki bodo izkoriščala globoka (75 ur), poudarjena LOFAR opazovanja grozda.
Več:
- Izjava za javnost: Čudovita zmešnjava v Abellu 2255
- Raziskovalna naloga: Čudovita zmešnjava v Abellu 2255
- Vesolje danes: Najzgodnejši primer združevanja galaksij
