Составное изображение Abell 2146, рентгеновские данные Chandra (фиолетовый) показывают горячий газ, а оптические данные телескопа Subaru показывают галактики (красный и белый). Один кластер (обозначенный № 2) движется вниз слева в указанном направлении и пробивает другой кластер (№ 1). Горячий газ в первом выталкивает ударную волну, похожую на звуковой удар, создаваемый сверхзвуковой струей, когда он сталкивается с горячим газом в другом скоплении. Предоставлено: Чандра/Ноттингемский университет.

Скопления галактик содержат сотни галактик и огромное количество горячего газа и темной материи и являются одними из крупнейших структур во Вселенной. Столкновения между скоплениями галактик высвобождают огромное количество энергии, невиданной со времен Большого взрыва, и предоставляют ученым физические лаборатории, недоступные здесь, на Земле.

На составном изображении Abell 2146 выше рентгеновские данные Chandra (фиолетовые) показывают горячий газ, а оптические данные телескопа Subaru показывают галактики (красные и белые). Один кластер (обозначенный № 2) движется вниз слева в указанном направлении и пробивает другой кластер (№ 1). Горячий газ в первом выталкивает ударную волну, похожую на звуковой удар, создаваемый сверхзвуковой струей, когда он сталкивается с горячим газом в другом скоплении.

Ударная волна имеет длину около 1,6 миллиона световых лет, и ее лучше всего видно на версии рентгеновского изображения, которое было обработано, чтобы подчеркнуть резкие детали. Также отмечены центральное ядро ​​горячего газа в скоплении № 2 и газовый хвост, который он оставил. За столкновением видна вторая ударная волна аналогичного размера. Подобные особенности, называемые «ударом вверх по потоку», возникают из-за сложного взаимодействия очищенного газа от падающего скопления и окружающего газа скопления. Также отмечена самая яркая и массивная галактика в каждом скоплении.

Ударные волны, подобные тем, которые генерируются сверхзвуковой струей, представляют собой столкновительные удары, включающие прямые столкновения между частицами. В атмосфере Земли вблизи уровня моря частицы газа обычно проходят всего около 4 миллионных долей дюйма, прежде чем столкнуться с другой частицей.

Abell 2146 (с маркировкой). Авторы и права: Рентген: NASA/CXC/Univ. Ноттингема/Х. Рассел и др.; Оптический: NAOJ/Subaru

И наоборот, в скоплениях галактик и в солнечном ветре — потоках частиц, уносимых прочь от Солнца, — прямые столкновения между частицами происходят слишком редко, чтобы вызвать ударные волны, потому что газ настолько рассеян и имеет невероятно низкую плотность. Например, в скоплениях галактик частицы обычно должны пройти от 30 000 до 50 000 световых лет, прежде чем столкнуться. Вместо этого удары в этих космических средах являются «бесстолкновительными», генерируемыми взаимодействием между заряженными частицами и магнитными полями.

Чандра наблюдал за Abell 2146 в общей сложности около 23 дней, что дало самое глубокое рентгеновское изображение ударных фронтов в скоплении галактик, которое когда-либо было получено. Два ударных фронта в Abell 2146 являются одними из самых ярких и четких ударных фронтов, известных среди скоплений галактик.

Хелен прокомментировала: «Я впервые обнаружила эти ударные фронты в более раннем коротком наблюдении Чандра, когда я была аспиранткой. Это было захватывающее открытие и фантастическое путешествие к этому глубокому, унаследованному наблюдению, раскрывающему подробную структуру ударной волны».

Используя эти важные данные, Рассел и ее команда изучили температуру газа за ударными волнами в Abell 2146. Они показали, что электроны в основном нагревались за счет сжатия газа ударной волной, эффект, подобный наблюдаемому в солнечном ветре. Остальной нагрев происходил за счет столкновений между частицами. Поскольку газ настолько рассеян, этот дополнительный нагрев происходил медленно, в течение примерно 200 миллионов лет.

Чандра делает такие четкие изображения, что может фактически измерить, насколько случайные движения газа размывают фронт ударной волны, который теоретически должен быть намного уже. Для этого скопления они измеряют случайное движение газа со скоростью около 650 000 миль в час.

Бесстолкновительные ударные волны важны и в ряде других областей исследований. Например, излучение, создаваемое ударами солнечного ветра , может негативно повлиять на работу космических аппаратов, а также на безопасность людей в космосе.

Статья с описанием этих результатов была принята Ежемесячными уведомлениями Королевского астрономического общества.