Das Entfesseln kosmischer Kraft: Energiefluss in den größten Schockwellen des Universums.

Ein internationales Team von Forschern hat erfolgreich die Größe und Verschmelzungsgeschwindigkeit einer Schockwelle in einem verschmelzenden Galaxienhaufen geschätzt und dabei eine freigesetzte Energie von 2,3 × 10^38 W festgestellt. Dieser Erfolg wurde durch die Nutzung einer kürzlichen Cluster-Kollision ermöglicht, die die komplexe Messung von Himmelskörpern erleichterte. (Künstlerisches Konzept.)

Ein Team von Forschern unter der Leitung von Associate Professor Kazuhiro Nakazawa von der Nagoya University/KMI und Doktorandin Yuki Omiya von der Graduate School of Science hat bedeutende Fortschritte im Verständnis von Galaxienhaufen gemacht. In Zusammenarbeit mit renommierten Institutionen wie der National Astronomical Observatory of Japan, der Tokyo University of Science, der Hiroshima University, der Saitama University, dem JAXA Institute of Space and Astronautical Science, der Tokyo Metropolitan University, dem Netherlands Institute for Space Sciences und der Toho University konnten sie erfolgreich die Abmessungen und Verschmelzungsgeschwindigkeit einer neu entstandenen Schockwelle im benachbarten verschmelzenden Galaxienhaufen CIZA J1358.9-4750 abschätzen. Dieses Unterfangen ermöglichte es ihnen auch, die freigesetzte Energie von erstaunlichen 2,3 × 10^38 W zu bestimmen. Die Daten für diese Forschung wurden vom europäischen Röntgenastronomiesatelliten XMM-Newton gewonnen.

Kürzlich verschmelzender Galaxienhaufen CIZA J1358.9-4750. Bildnachweis: Nagoya University

Galaxienhaufen, die als die größten selbstgravitierenden Objekte im Universum bekannt sind, beherbergen eine große Ausdehnung von Hochtemperatur-Gas. Dieses Gas strahlt brillante Röntgenstrahlen aus, wodurch diese Cluster sichtbar werden. Wenn diese kolossalen Cluster verschmelzen, führt dies zu einem astronomischen Ereignis von unvergleichlicher Größe und erzeugt eine Schockwelle mit einer Fläche von 3 Millionen Lichtjahren im Quadrat.

Bilder der Röntgenintensität (links) und Temperatur (rechts) des kürzlich verschmelzenden Galaxienhaufens CIZA1359. Bildnachweis: Nagoya University

Typischerweise stellt die Messung der Tiefe von Himmelskörpern in der Astronomie eine große Herausforderung dar. In dieser Studie überwand das Team jedoch diese Schwierigkeit, indem es die kürzliche Kollision der beiden Cluster nutzte. Dieses Ereignis ermöglichte vernünftige Schätzungen über die ursprüngliche Form der Cluster. Unter Verwendung dieser Schätzungen bestimmten sie die Geschwindigkeit der Schockfront, indem sie die Temperaturverteilung des Hochtemperatur-Gases analysierten. Anschließend multiplizierten sie diesen Wert mit der Länge, Breite und Tiefe der Cluster, um die Menge der in Wärme, Teilchenbeschleunigung und Magnetfeldverstärkung in der Schockfront umgewandelten kinetischen Energie zu berechnen.

Diese Forschung wurde in der Februarausgabe 2023 der Publications of the Astronomical Society of Japan (PASJ) veröffentlicht. In einem verwandten Artikel entdeckten Kurahara et al. (PASJ, Dezember 2022) "Synchrotron-Radioemission" durch beschleunigte Elektronen und verstärkte Magnetfelder um die Schockfront. Die Helligkeit wird auf ~3,5 × 10^33 W geschätzt. Diese Ergebnisse geben uns eine Umwandlungseffizienz von etwa 10^-5.

Das Verständnis der Verteilung der Umwandlungseffizienz wird uns helfen, zu klären, was unter der größten Schockwelle bei der Verschmelzung der Cluster geschieht.

Referenz: "XMM-Newton-Ansicht der Schockerwärmung in einem frühen verschmelzenden Cluster, CIZA J1358.9−4750" von Yuki Omiya, Kazuhiro Nakazawa, Kyoko Matsushita, Shogo B Kobayashi, Nobuhiro Okabe, Kosuke Sato, Takayuki Tamura, Yutaka Fujita, Liyi Gu, Tetsu Kitayama, Takuya Akahori, Kohei Kurahara und Tomohiro Yamaguchi, 1. Dezember 2022, Publications of the Astronomical Society of Japan. DOI: 10.1093/pasj/psac087