Astronomer som använder data från NASA:s Chandra X-Ray Observatory och andra teleskop har satt ihop en detaljerad karta över en sällsynt kollision mellan fyra galaxhopar. Så småningom kommer alla fyra klustren – var och en med en massa på åtminstone flera hundra biljoner gånger solens massa – att smälta samman och bilda ett av de mest massiva objekten i universum.

Galaxhopar är de största strukturerna i kosmos som hålls samman av gravitationen. Kluster består av hundratals eller till och med tusentals galaxer inbäddade i het gas, och innehåller en ännu större mängd osynlig mörk materia. Ibland kolliderar två galaxhopar, som i fallet med Bullet Cluster, och ibland kommer fler än två att kollidera samtidigt.

De nya observationerna visar en megastruktur som monteras i ett system som kallas Abell 1758, ligger cirka tre miljarder ljusår från jorden. Den innehåller två par kolliderande galaxhopar som är på väg mot varandra. Forskare kände först igen Abell 1758 som ett fyrdubbelt galaxklustersystem 2004 med hjälp av data från Chandra och XMM-Newton, en satellit som drivs av European Space Agency (ESA).

Varje par i systemet innehåller två galaxhopar som är på god väg att smälta samman. I det norra (översta) paret som ses i den sammansatta bilden, centrumen i varje kluster har redan passerat varandra en gång, för cirka 300 till 400 miljoner år sedan, och kommer så småningom att svänga tillbaka runt. Det södra paret längst ner på bilden har två kluster som är nära att närma sig varandra för första gången.

Röntgen från Chandra visas som blå och vita, som visar svagare och ljusare diffus emission, respektive. Denna nya sammansatta bild innehåller också en optisk bild från Sloan Digital Sky Survey. Chandra-data avslöjade för första gången en chockvåg – liknande ljudbommen från ett överljudsflygplan – i het gas synlig med Chandra i det norra parets kollision. Från denna chockvåg, forskare uppskattar att två kluster rör sig omkring två miljoner till tre miljoner miles per timme (tre till fem miljoner kilometer i timmen), i förhållande till varandra.

Chandra-data ger också information om hur element tyngre än helium, de "tunga elementen, " i galaxkluster blandas ihop och omfördelas efter att klustren kolliderar och smälter samman. Eftersom denna process beror på hur långt en sammanslagning har kommit, Abell 1758 erbjuder en värdefull fallstudie, eftersom de norra och de södra paren av kluster befinner sig i olika stadier av sammansmältning.

I det södra paret, de tunga elementen är vanligast i mitten av de två kolliderande klungorna, som visar att elementens ursprungliga placering inte har påverkats starkt av den pågående kollisionen. Däremot i det norra paret, där kollisionen och sammanslagningen har kommit längre, platsen för de tunga elementen har starkt påverkats av kollisionen. De högsta mängderna finns mellan de två klustercentrumen och till vänster sida av klusterparet, medan de lägsta mängderna finns i mitten av klustret på vänster sida av bilden.

Kollisioner mellan kluster påverkar deras ingående galaxer såväl som den heta gasen som omger dem. Data från 6,5-meters MMT-teleskopet i Arizona, erhållits som en del av Arizona Cluster Redshift Survey, visa att vissa galaxer rör sig mycket snabbare än andra, förmodligen för att de har kastats bort från de andra galaxerna i deras kluster av gravitationskrafter från kollisionen.

Teamet använde också radiodata från Giant Metrewave Radio Telescope (GMRT), och röntgendata från ESA:s XMM-Newton-uppdrag.

En artikel som beskriver de senaste resultaten av Gerrit Schellenberger, Larry David, Ewan O"Sullivan, Jan Vrtilek (alla från Center for Astrophysics | Harvard &Smithsonian) och Christopher Haines (Universidad de Atacama, Chile) publicerades den 1 september, 2019 års nummer av The Astrofysisk tidskrift , och är tillgänglig online.