与太阳系科学相关的巨大碰撞

Abell 2146 的合成图像,钱德拉 X 射线数据(紫色)显示热气体,斯巴鲁望远镜光学数据显示星系(红色和白色)。 一个集群(标记为#2)正按所示方向向左下方移动,并穿过另一集群(#1)。 前者中的热气体正在推出冲击波,就像超音速喷气机产生的音爆,因为它与另一个集群中的热气体相撞。 学分:钱德拉/诺丁汉大学

一项新的研究表明,宇宙中一些最大、最有活力的事件与由我们自己的太阳驱动的更小、更弱的事件之间存在着深刻的联系。

结果来自美国宇航局钱德拉 X 射线天文台 Abell 2146 的长期观测,这是一对距离地球约 28 亿光年的碰撞星系团。 这项新研究由诺丁汉大学物理与天文学学院的 Helen Russell 领导。

星系团包含数百个星系和大量的热气体和暗物质,是宇宙中最大的结构之一。 星系团之间的碰撞释放出巨大的能量,这与大爆炸以来所见的任何情况都不同,并为科学家提供了地球上无法获得的物理实验室。

在上面的 Abell 2146 合成图像中,钱德拉 X 射线数据(紫色)显示热气体,斯巴鲁望远镜光学数据显示星系(红色和白色)。 一个集群(标记为#2)正按所示方向向左下方移动,并穿过另一集群(#1)。 前者中的热气体正在推出冲击波,就像超音速喷气机产生的音爆,因为它与另一个集群中的热气体相撞。

冲击波长约 160 万光年,在经过处理以强调清晰特征的 X 射线图像版本中最容易看到。 还标出了簇 #2 中热气的中心核心,以及它留下的尾气。 在碰撞后可以看到第二个类似大小的冲击波。 被称为“上游冲击”的特征是由下落星团中剥离的气体与周围星团气体的复杂相互作用产生的。 每个星团中最亮和最大的星系也被标记出来。

像超音速喷气机产生的冲击波是碰撞冲击,涉及粒子之间的直接碰撞。 在接近海平面的地球大气层中,气体粒子在与另一个粒子碰撞之前通常只行进约百万分之四英寸。


Abell 2146(已标记)。 图片来源:X 射线:NASA/CXC/Univ。 诺丁汉/H。 拉塞尔等人; 光学:NAOJ/斯巴鲁

相反,在星系团和太阳风(从太阳吹走的粒子流)中,粒子之间的直接碰撞很少发生而不会产生冲击波,因为气体是如此分散,密度极低。 为了 example,在星系团中,粒子在碰撞之前通常必须行进大约 30,000 到 50,000 光年。 相反,这些宇宙环境中的冲击是“无碰撞的”,由带电粒子和磁场之间的相互作用产生

Chandra 总共观察了 Abell 2146 大约 23 天,给出了迄今为止获得的星系团中激波前沿最深的 X 射线图像。 Abell 2146 中的两个激波锋是已知星系团中最明亮、最清晰的激波锋之一。

海伦评测说:“当我还是一名博士生时,我在较早的、短暂的钱德拉观测中首次发现了这些冲击波前沿。这是一个激动人心的发现,也是一次深入、传统的观测揭示了详细的冲击结构的奇妙旅程。”

利用这些强大的数据,Russell 和她的团队研究了 Abell 2146 中冲击波背后的气体温度。他们表明,电子主要是通过冲击气体压缩来加热的,这种效应类似于太阳风中所见的效应。 其余的加热是通过粒子之间的碰撞发生的。 由于气体如此扩散,这种额外的加热缓慢发生,大约持续了 2 亿年。

钱德拉拍摄的图像如此清晰,以至于它实际上可以测量有多少随机气体运动模糊了理论上预期要窄得多的激波前沿。 对于这个集群,他们测量了每小时约 650,000 英里的随机气体运动。

无碰撞冲击波在其他几个研究领域很重要。 为了 example,太阳风中的冲击产生的辐射会对航天器的运行以及人类在太空中的安全产生负面影响。

描述这些结果的论文被皇家天文学会月报接受。