När rymdens titaner – galaxhopar – kolliderar, extraordinära saker kan hända. En ny studie som använder NASA:s Chandra X-ray Observatory undersöker följderna efter att två galaxhopar kolliderat.

Galaxhopar är de största strukturerna i universum som hålls samman av gravitationen, som innehåller hundratals eller till och med tusentals enskilda galaxer nedsänkta i gigantiska oceaner av överhettad gas. I galaxhopar, den normala materien – som atomerna som utgör stjärnorna, planeter, och allt på jorden - är främst i form av het gas och stjärnor. Massan av den heta gasen mellan galaxerna är mycket större än massan av stjärnorna i alla galaxerna. Denna normala materia är bunden i klustret av gravitationen hos en ännu större massa mörk materia.

På grund av de enorma massorna och hastigheterna som är involverade, kollisioner och sammanslagningar mellan galaxhopar är bland de mest energiska händelserna i universum.

I en ny studie av galaxhopen Abell 1775, ligger cirka 960 miljoner ljusår från jorden, ett team av astronomer ledda av Andrea Botteon från Leiden University i Nederländerna meddelade att de hittat ett spiralformat mönster i Chandras röntgendata. Dessa resultat innebär ett turbulent förflutet för klustret.

När två galaxhopar av olika storlekar har en beteskollision, det mindre klustret kommer att börja plöja igenom det större. (På grund av sin överlägsna massa, det större klustret har övertaget när det gäller gravitationskraften.) När det mindre klustret rör sig igenom, dess heta gas avlägsnas på grund av friktion. Detta lämnar efter sig ett vak, eller svans, som följer efter klustret. När mitten av det mindre klustret passerar mitten av det större, gasen i svansen börjar stöta på mindre motstånd och överskrider mitten av sitt kluster. Detta kan göra att svansen "slungskott" när den flyger åt sidan, krökning när den sträcker sig bort från klustrets centrum.

De senaste Chandra-data innehåller bevis – inklusive ljusstyrkan hos röntgenstrålarna och de temperaturer de representerar – för en av dessa böjda "slingshot"-svansar. Tidigare studier av Abell 1775 med Chandra och andra teleskop antydde, men bekräftade inte, att det var en pågående kollision i detta system.

En ny bild av Abell 1775 innehåller röntgenstrålar från Chandra (blå), optiska data från Pan-STARRS-teleskopet på Hawaii (blå, gul, och vitt), och radiodata från LOw Frequency ARray (LOFAR) i Nederländerna (röd). Svansen är märkt i denna bild tillsammans med ett område av gas med en krökt kant, kallas en "kallfront, " som är tätare och kallare än gasen den plöjer in i. Svansen och kallfronten kröker sig alla åt samma håll, skapa en spiralform. En separat märkt bild visar synfältet för Chandra-data.

Astronomer har tidigare funnit att Abell 1775 innehåller en enorm jet- och radiokälla, vilket också syns i denna nya sammansatta bild. Denna jet drivs av ett supermassivt svart hål i en stor elliptisk galax i klustrets centrum. Nya data från LOFAR och Giant Metrewave Radio Telescope (GMRT) i Indien avslöjar att radiojeten faktiskt är 2,6 miljoner ljusår lång. Detta är ungefär dubbelt så länge som astronomer trodde att det var tidigare och gör det till en av de längsta som någonsin observerats i en galaxhop. Strålens struktur förändras abrupt när den passerar in i gasen med lägre densitet i den övre delen av bilden, över kanten av kallfronten, antyder att kollisionen har påverkat den.

Enligt den nya studien, gasrörelserna inuti klustret kan vara ansvariga för andra strukturer som upptäcks genom att observera Abell 1775 i radiovågor, såsom två filament som är belägna nära strålens ursprung (en av dessa är märkt). LOFAR- och Chandra-data har också gjort det möjligt för forskarna att i stor detalj studera de fenomen som bidrar till att accelerera elektroner både i denna galaxs jet och i radioemissionen nära centrum av det större klustret.

Det finns en alternativ förklaring till klustrets utseende. När ett litet kluster närmar sig ett större, den täta heta gasen från det större klustret kommer att attraheras av gravitationen. Efter att det mindre klustret passerat mitten av det andra klustret, rörelseriktningen för klustergasen vänder, och den reser tillbaka mot klustrets centrum. Klustergasen rör sig genom mitten igen och "slashes" fram och tillbaka, liknar vin som skvalpar i ett glas som rycktes i sidled. Den skvalpande gasen hamnar i ett spiralmönster eftersom kollisionen mellan de två klustren var off-center.

Botteon-teamet förespråkar slingshot tail-scenariot, men en separat grupp astronomer under ledning av Dan Hu från Shanghai Jiao Tong University i Kina förespråkar den smutsiga förklaringen baserad på data från Chandra och ESA:s XMM-Newton. Både slangbella och slingrande scenarier involverar en kollision mellan två galaxhopar. Så småningom kommer de två klustren helt att smälta samman för att bilda en singel, större galaxhop.

Ytterligare observationer och modellering av Abell 1775 krävs för att avgöra mellan dessa två scenarier.

En artikel som beskriver resultaten av Botteons team har publicerats i tidskriften Astronomi och astrofysik och är tillgänglig online. Det separata arbetet om "sloshing"-teorin ledd av Dan Hu har godkänts för publicering i The Astrofysisk tidskrift och är även tillgänglig online.