En ny studie visar ett djupt samband mellan några av de största, mest energiska händelserna i universum och mycket mindre, svagare som drivs av vår egen sol.

Resultaten kommer från en lång observation med NASA:s Chandra X-ray Observatory av Abell 2146, ett par kolliderande galaxhopar som ligger cirka 2,8 miljarder ljusår från jorden. Den nya studien leddes av Helen Russell från School of Physics and Astronomy vid University of Nottingham.

Galaxhopar innehåller hundratals galaxer och enorma mängder het gas och mörk materia och är bland de största strukturerna i universum. Kollisioner mellan galaxhopar frigör enorma mängder energi som inte liknar något som vi sett sedan big bang och förser forskare med fysiklaboratorier som inte är tillgängliga här på jorden.

I den sammansatta bilden ovan av Abell 2146 visar Chandra röntgendata (lila) het gas, och Subaru Telescope optiska data visar galaxer (röda och vita). Ett kluster (märkt #2) rör sig nedåt till vänster i den riktning som visas och plöjer genom det andra klustret (#1). Den heta gasen i den förstnämnda trycker ut en stötvåg, som en ljudbom som genereras av en överljudsstråle, när den kolliderar med den heta gasen i det andra klustret.

Stötvågen är cirka 1,6 miljoner ljusår lång och ses lättast i en version av röntgenbilden som har bearbetats för att framhäva skarpa drag. Också märkt är den centrala kärnan av het gas i kluster #2, och gassvansen den har lämnat efter sig. En andra stötvåg av liknande storlek ses bakom kollisionen. Kallas en "uppströms chock", egenskaper som denna uppstår från det komplexa samspelet mellan strippad gas från det infallande klustret och den omgivande klustergasen. Den ljusaste och mest massiva galaxen i varje kluster är också märkt.

Stötvågor som de som genereras av en överljudsstråle är kollisionschocker som involverar direkta kollisioner mellan partiklar. I jordens atmosfär nära havsytan färdas gaspartiklar vanligtvis bara cirka 4 miljondelar av en tum innan de kolliderar med en annan partikel.

Omvänt, i galaxhopar och i solvinden – strömmar av partiklar som blåser bort från solen – sker direkta kollisioner mellan partiklar för sällan för att producera chockvågor eftersom gasen är så diffus, med otroligt låg densitet. Till exempel, i galaxhopar måste partiklar vanligtvis färdas omkring 30 000 till 50 000 ljusår innan de kolliderar. Istället är chockerna i dessa kosmiska miljöer "kollisionsfria", genererade av interaktioner mellan laddade partiklar och magnetfält

Chandra observerade Abell 2146 i totalt cirka 23 dagar, vilket gav den djupaste röntgenbilden som hittills erhållits av stötfronter i en galaxhop. De två stötfronterna i Abell 2146 är bland de ljusaste och tydligaste stötfronterna som är kända bland galaxhopar.

Helen kommenterade att "Jag upptäckte först dessa chockfronter i en tidigare, kort Chandra-observation när jag var doktorand. Det var en spännande upptäckt och en fantastisk resa till denna djupa, äldre observation som avslöjade den detaljerade chockstrukturen."

Med hjälp av dessa kraftfulla data studerade Russell och hennes team gastemperaturen bakom stötvågorna i Abell 2146. De visade att elektroner huvudsakligen har värmts upp genom komprimering av gas av stöten, en effekt som den som ses i solvinden. Resten av uppvärmningen skedde genom kollisioner mellan partiklar. Eftersom gasen är så diffus skedde denna extra uppvärmning långsamt, under cirka 200 miljoner år.

Chandra gör så skarpa bilder att den faktiskt kan mäta hur mycket slumpmässiga gasrörelser som suddar chockfronten som förväntas från teorin vara mycket smalare. För detta kluster mäter de slumpmässiga gasrörelser på cirka 650 000 miles per timme.

Kollisionsfria stötvågor är viktiga inom flera andra forskningsområden. Till exempel kan strålningen som produceras av stötar i solvinden negativt påverka rymdfarkostens drift, såväl som människors säkerhet i rymden.

En artikel som beskriver dessa resultat godkändes av The Monthly Notices of the Royal Astronomical Society . + Utforska vidare

Detaljerade bilder av en stötvåg som sträcker sig i 6,5 miljoner ljusår