Det kolliderande klustret Abell 3266 sett över det elektromagnetiska spektrumet, med hjälp av data från ASKAP och ATCA (röd/orange/gula färger), XMM-Newton (blå) och Dark Energy Survey (bakgrundskarta). Kredit:Christopher Riseley (Università di Bologna), Författare tillhandahålls
Universum är fyllt med galaxhopar – enorma strukturer staplade upp vid skärningspunkterna mellan det kosmiska nätet. Ett enda kluster kan sträcka sig över miljontals ljusår och bestå av hundratals, eller till och med tusentals, galaxer.
Dessa galaxer representerar dock bara några få procent av ett klusters totala massa. Cirka 80 % av det är mörk materia, och resten är en het plasma-"soppa":gas uppvärmd till över 10 000 000 ℃ och sammanvävd med svaga magnetfält.
Vi och vårt internationella team av kollegor har identifierat en serie sällan observerade radioobjekt – en radiorelik, en radiohalo och fossil radioemission – inom ett särskilt dynamiskt galaxkluster som heter Abell 3266. De trotsar existerande teorier om både ursprunget till sådana objekt och deras egenskaper.
Reliker, haloer och fossiler
Galaxkluster tillåter oss att studera ett brett utbud av rika processer – inklusive magnetism och plasmafysik – i miljöer som vi inte kan återskapa i våra labb.
När kluster kolliderar med varandra läggs enorma mängder energi in i partiklarna i den heta plasman, vilket genererar radioemission. Och detta utsläpp finns i en mängd olika former och storlekar.
"Radioreliker" är ett exempel. De är bågformade och sitter mot en klungas utkanter, drivna av stötvågor som färdas genom plasman, vilket orsakar ett hopp i densitet eller tryck, och aktiverar partiklarna. Ett exempel på en stötvåg på jorden är den ljudboom som inträffar när ett flygplan bryter ljudbarriären.
"Radiohaloer" är oregelbundna källor som ligger mot klustrets centrum. De drivs av turbulens i den heta plasman, som ger energi till partiklarna. Vi vet att både haloer och reliker genereras av kollisioner mellan galaxhopar - men många av deras grymma detaljer förblir svårfångade.
Sedan finns det "fossila" radiokällor. Dessa är radiorester från döden av ett supermassivt svart hål i mitten av en radiogalax.
När de är i aktion skjuter svarta hål stora plasmastrålar långt ut utanför själva galaxen. När de får slut på bränsle och stängs av börjar strålarna försvinna. Resterna är vad vi upptäcker som radiofossiler.
Abell 3266
Vårt nya dokument, publicerat i Monthly Notices of the Royal Astronomical Society , presenterar en mycket detaljerad studie av en galaxhop som heter Abell 3266.
Detta är ett särskilt dynamiskt och rörigt kolliderande system cirka 800 miljoner ljusår bort. Det har alla kännetecken för ett system som bör vara värd för reliker och haloer - men ingen hade upptäckts förrän nyligen.
Efter uppföljning av arbete som utfördes med Murchison Widefield Array tidigare i år använde vi nya data från ASKAP-radioteleskopet och Australia Telescope Compact Array (ATCA) för att se Abell 3266 mer detaljerat.
Våra data målar upp en komplex bild. Du kan se detta i huvudbilden:gula färger visar funktioner där energitillförseln är aktiv. Det blå diset representerar den heta plasman, fångad vid röntgenvåglängder.
Rödare färger visar funktioner som bara är synliga vid lägre frekvenser. Det betyder att dessa föremål är äldre och har mindre energi. Antingen har de tappat mycket energi över tiden, eller så har de aldrig haft mycket till att börja med.
Radioreliken är synlig i rött nära botten av bilden (se nedan för en zoom). Och våra data här avslöjar särskilda egenskaper som aldrig tidigare har setts i en relik.
Den "felaktiga" reliken i Abell 3266 visas här med gula/orange/röda färger som representerar radioljusstyrkan. Kredit:Christopher Riseley, med hjälp av data från ASKAP, ATCA, XMM-Newton och Dark Energy Survey
Dess konkava form är också ovanlig, vilket ger den den catchy monikern av en "felaktig" relik. Sammantaget bryter våra data vår förståelse av hur reliker skapas, och vi arbetar fortfarande med att dechiffrera den komplexa fysiken bakom dessa radioobjekt.
Forntida rester av ett supermassivt svart hål
Radiofossilen, sett uppe till höger på blybilden (och även nedan), är mycket svag och röd, vilket indikerar att den är gammal. Vi tror att denna radiostrålning ursprungligen kom från galaxen längst ned till vänster, med ett centralt svart hål som länge har varit avstängt.
Radiofossilen i Abell 3266 visas här med röda färger och konturer som visar radioljusstyrkan mätt av ASKAP, och blå färger som visar den heta plasman. Cyanpilen pekar på galaxen vi tror en gång drev fossilet. Kredit:Christopher Riseley, med hjälp av data från ASKAP, XMM-Newton och Dark Energy Survey
Våra bästa fysiska modeller kan helt enkelt inte passa data. Detta avslöjar luckor i vår förståelse av hur dessa källor utvecklas – luckor som vi arbetar för att fylla.
Slutligen, med hjälp av en smart algoritm, avfokuserade vi huvudbilden för att leta efter mycket svag emission som är osynlig vid hög upplösning, och avslöjade den första upptäckten av en radiohalo i Abell 3266 (se nedan).
Radiohalon i Abell 3266 visas här med röda färger och konturer som visar radioljusstyrkan uppmätt av ASKAP, och blå färger som visar den heta plasman. Den streckade cyankurvan markerar radioglorians yttre gränser. Kredit:Christopher Riseley, med hjälp av data från ASKAP, XMM-Newton och Dark Energy Survey
Mot framtiden
Detta är början på vägen mot att förstå Abell 3266. Vi har avslöjat en mängd ny och detaljerad information, men vår studie har väckt ännu fler frågor.
Teleskopen vi använde lägger grunden för revolutionerande vetenskap från Square Kilometer Array-projektet. Studier som vår tillåter astronomer att ta reda på vad vi inte vet - men du kan vara säker på att vi kommer att ta reda på det. + Utforska vidare
Den här artikeln är återpublicerad från The Conversation under en Creative Commons-licens. Läs originalartikeln. 
