Astronomer har upptäckt enorma cirkulära radiofunktioner av okänt ursprung runt vissa galaxer. Nu tyder nya observationer av en som kallas klöverbladet att den skapades av sammanstötande grupper av galaxer.
Att studera dessa strukturer, gemensamt kallade ORCs (udda radiocirklar), i ett annat slags ljus erbjöd forskare en chans att undersöka allt från överljudschockvågor till beteenden hos svarta hål.
"Det här är första gången någon har sett röntgenstrålning i samband med en ORC", säger Esra Bulbul, en astrofysiker vid Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics i Garching, Tyskland, som ledde studien. "Det var den saknade nyckeln för att låsa upp hemligheten bakom klöverbladets bildande."
En artikel som beskriver resultaten publicerades i Astronomy &Astrophysics den 30 april.
Fram till 2021 visste ingen att ORC fanns. Tack vare förbättrad teknik blev radioundersökningar tillräckligt känsliga för att fånga upp så svaga signaler. Under loppet av några år upptäckte astronomer åtta av dessa konstiga strukturer utspridda slumpmässigt bortom vår galax. Var och en är tillräckligt stor för att omsluta en hel galax – ibland flera.
"Den kraft som behövs för att producera en sådan expansiv radioemission är mycket stark," sa Bulbul. "Vissa simuleringar kan reproducera sina former men inte deras intensitet. Inga simuleringar förklarar hur man skapar ORC."
När Bulbul fick reda på att ORC inte hade studerats i röntgenljus började hon och postdoktorn Xiaoyuan Zhang granska data från eROSITA (Extended Roentgen Survey with an Imaging Telescope Array), ett kretsande tysk/ryskt röntgenteleskop. De märkte en del röntgenstrålning som verkade vara från klöverbladet, baserat på mindre än sju minuters observationstid.
Det gav dem ett tillräckligt starkt underlag för att sätta ihop ett större team och säkra ytterligare teleskoptid med XMM-Newton, ett ESA-uppdrag (European Space Agency) med bidrag från NASA.
"Vi tilldelades ungefär fem och en halv timme, och uppgifterna kom in sent en kväll i november," sa Bulbul. "Jag vidarebefordrade den till Xiaoyuan, och han kom in på mitt kontor nästa morgon och sa:'Detektion', och jag började bara heja!"
"Vi hade verkligen tur," sa Zhang. "Vi såg flera rimliga röntgenpunktkällor nära ORC i eROSITA-observationer, men inte den utökade emissionen vi såg med XMM-Newton. Det visar sig att eROSITA-källorna inte kunde ha varit från klöverbladet, men det var tillräckligt övertygande för att få oss att titta närmare."
Galliverande galaxer
Röntgenstrålningen spårar distributionen av gas inom gruppen av galaxer som polisband runt en brottsplats. Genom att se hur den gasen har störts, fastställde forskare att galaxer inbäddade i klöverbladet faktiskt är medlemmar av två separata grupper som kom tillräckligt nära varandra för att smälta samman. Emissionens temperatur antyder också antalet inblandade galaxer.
När galaxer går samman ökar deras högre kombinerade massa deras gravitation. Omgivande gas börjar falla inåt, vilket värmer upp den infallande gasen. Ju större systemets massa desto varmare blir gasen.
Baserat på emissionens röntgenspektrum är det runt 15 miljoner grader Fahrenheit, eller mellan 8 och 9 miljoner grader Celsius. "Den mätningen låter oss dra slutsatsen att Cloverleaf ORC är värd för ett dussin galaxer som har graviterat tillsammans, vilket stämmer överens med vad vi ser i bilder med djupt synligt ljus," sa Zhang.
Teamet föreslår att sammanslagningen producerade chockvågor som accelererade partiklar för att skapa radioemission.
"Galaxer interagerar och sammansmälter hela tiden", säger Kim Weaver, NASA-projektforskare för XMM-Newton vid NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, som inte var inblandad i studien. "Men källan till de accelererade partiklarna är oklar. En fascinerande idé för den kraftfulla radiosignalen är att de bofasta supermassiva svarta hålen gick igenom episoder av extrem aktivitet i det förflutna, och relikelektroner från den uråldriga aktiviteten accelererades på nytt av denna sammanslagna händelse. "
Medan sammanslagningar av galaxgrupper är vanliga, är ORC mycket sällsynta. Och det är fortfarande oklart hur dessa interaktioner kan producera så starka radiostrålar.
"Sammanslagningar utgör ryggraden i strukturbildning, men det finns något speciellt i det här systemet som skjuter upp radioutsändningen," sa Bulbul. "Vi kan inte säga vad det är just nu, så vi behöver mer och djupare data från både radio- och röntgenteleskop."
Teamet löste mysteriet med Cloverleaf ORC:s natur, men öppnade också för ytterligare frågor. De planerar att studera klöverbladet mer i detalj för att reta ut svaren.
"Vi kommer att lära oss mycket av mer grundliga observationer eftersom dessa interaktioner tar in alla typer av vetenskap," säger Weaver. "Du har i stort sett allt vi sysslar med i kosmos sammansatt i det här lilla paketet. Det är som ett miniuniversum."
Mer information: E. Bulbul et al, Galaxgruppens sammanslagningsursprung för Cloverleafs udda radiocirkelsystem, Astronomy &Astrophysics (2024). DOI:10.1051/0004-6361/202449900
Journalinformation: Astronomi och astrofysik
Tillhandahålls av NASA
