Міжгалактичні електрони виявилися прискорені невідомим механізмом
Астрономи зафіксували радіовипромінювання в просторі між двома скупченнями галактик, що зближуються. Результати чисельного моделювання вказали на присутність магнітних полів і розігнаних до високих швидкостей частинок у цьому проміжку, розмір якого перевищує масштаб самих скупчень, що вважаються в стандартній теорії найбільшими гравітаційно пов'язаними структурами у Всесвіті. Для пояснення отриманих даних необхідна нова ідея, яка буде описувати механізм прискорення частинок у міжгалактичному газі, пишуть автори в журналі.
Матерія розподілена у Всесвіті не зовсім рівномірно, а у вигляді «космічної павутини» - тривимірної мережі, що складається з ниток (філаментів), уздовж яких сконцентрована маса, і пустот (войдів) між ними. На перетині філаментів знаходяться скупчення галактик - найбільші пов'язані структури у Всесвіті.
Скупчення галактик ростуть за рахунок тяжіння і поглинання падаючих скупчень маси меншого розміру. Протягом цього процесу речовина занурюється в гравітаційну яму скупчення, а потенційна енергія взаємодії перетворюється на кінетичну енергію руху. Велика частина цієї кінетичної енергії після об'єднання йде на нагрівання газу. Вважається, що частина, що залишилася, перетворюється на турбулентні рухи газу, а також витрачається на генерацію магнітних полів або прискорення частинок до високих енергій.
У багатьох випадках у радіодієстоні в центрі скупчень і на їх околицях видно протяжні джерела - радіогало і радіоостатки. Їх випромінювання породжується синхротронним механізмом; для нього необхідна наявність високоенергетичних (рухаються з навколосвітніми швидкостями, релятивістських) частинок і магнітних полів, параметри яких можна оцінити зі спостережень. Магнітні поля повсюдні в скупченнях галактик, в той час як радіогало і радіоостатки, як правило, є тільки у тих, хто зливається. Це говорить про те, що необхідне сильне обурення, яке прискорить частинки достатньо для появи синхротронного випромінювання.
Астрономи під керівництвом Федеріки Говоні (Federica Govoni) з італійської Астрономічної обсерваторії в Кальярі досліджували проміжок між зближеннями галактик Abell 0399 і Abell 0401 за допомогою мережі радіотелескопів LOFAR. Дані скупчення знаходяться на початковій стадії взаємодії, між ними ще як мінімум 3 мегапарсека, тому дана ситуація цікава в контексті пошуку магнітних полів і релятивістських частинок, що заповнюють область простору, що перевищує розмір скупчень галактик.
Авторам вдалося виділити синхротронне світіння між скупченнями, яке вказує на перетворення частини енергії наближення злиття на нетеплове випромінювання, швидше за все, за допомогою ударних хвиль і турбулентних рухів. Оцінки щільності газу (3 ст.1 10-4 см-3) і величини магнітного поля (менше одного мікрогаусса) показують, що час, за який релятивістські електрони втратять енергію, в таких умовах становить близько 230 мільйонів років. За цей час вони можуть пролетіти не більше 0,1 мегапарсека, що виключає можливість їх потрапляння в проміжок з самих скупчень і говорить про локальний механізм прискорення.
Автори створили дві численні гідродинамічні моделі для перевірки своїх оцінок. Перша модель, в якій електрони прискорювалися тільки в процесі зближення скупчень, не змогла відтворити спостережувану інтенсивність випромінювання. Друга модель, яка передбачала, що проміжок заповнений гарячими електронами, які заново прискорюються ударними хвилями, змогла відтворити дані експерименту. Тим не менш, для відповідності даним лоренц-фактор електронів повинен бути більше 103, а самі вони повинні заповнювати весь простір проміжку. У такому випадку вони також повинні були розгубити всю енергію приблизно за мільярд років. Яке явище прискорювало електронний газ задовго до зближення скупчень, залишається невідомим.
Раніше астрономи за допомогою телескопа VLT виявили найбільше стародавнє прото-надскупчення галактик. Іншій групі вчених вдалося побудувати найдетальнішу карту руху галактик у Місцевому надскупченні.