Przejdź do głównej zawartości

Czy gaz w gromadach galaktyk przepływa jak miód?

Każdy z nas widział skomplikowane wzory, jakie tworzy mleko wlewane do kawy, lub te znacznie gładsze, które wytwarza miód mieszany łyżeczką. Który z tych przypadków najlepiej opisuje zachowanie gorącego gazu w gromadach galaktyk? Odpowiadając na to pytanie, nowe badanie z wykorzystaniem obserwatorium rentgenowskiego Chandra pogłębiło wiedzę astronomów na temat gromad galaktyk, największych struktur we Wszechświecie utrzymywanych razem dzięki grawitacji.


Gromady galaktyk składają się z trzech głównych elementów: pojedynczych galaktyk, gazu o temperaturze wielu milionów stopni wypełniającego przestrzeń między galaktykami oraz ciemnej materii, tajemniczej formy materii, która rozprzestrzenia się w gromadzie i odpowiada za około 80% jej masy.

Zespół astronomów wykorzystał długotrwałe obserwacje Chandra, w sumie z około dwóch tygodni, gromady galaktyk Coma (Warkocz), aby zbadać właściwości gazu w skalach przestrzennych porównywalnych z  typową odległością, na jakiej poruszają się cząsteczki między zderzeniami. Pomiary te pomogły im dowiedzieć się o lepkości – technicznym określeniu odporności na ruchy brył gazu względem siebie – gorącego gazu w Warkoczu.

„Nasze odkrycie sugeruje, że lepkość gazu w Warkoczu jest niższa, niż oczekiwano. Oznacza to, że turbulencje łatwo mogą być rozwijane w gorącym gazie w gromadach galaktyk na małych skalach” – powiedziała Irina Zhuravleva z University of Chicago, która prowadziła badania.

Gorący gaz w Warkoczu emituje promieniowanie rentgenowskie, które było obserwowane przez Chandra. Wiadomo, że gaz ma masę około sześć razy większą, niż wszystkie galaktyki w gromadzie razem wzięte. Pomimo swojej obfitości, gęstość gorącego gazu w Warkoczu, którą wykazały obserwacje radiowe, jest przesiąknięta słabym polem magnetycznym i tak niska, że cząsteczki nie oddziałują ze sobą bardzo często. Tak gorącego gazu o niskiej gęstości nie można badać w laboratorium na Ziemi, więc naukowcy muszą polegać na laboratoriach kosmicznych, takich jak laboratoria dostarczane przez międzygalaktyczny gaz w Warkoczu. 

„Wykorzystaliśmy Chandra do zbadania, czy gęstość gazu jest gładka w najmniejszych skalach, które możemy wykryć. Odkryliśmy, że tak nie jest, co sugeruje, że turbulencje występują nawet na tych stosunkowo małych skalach, a lepkość jest niska” – powiedział Eugene Churazov, współautor z Instytutu Maxa Plancka w Garching i Instytutu Badań Kosmicznych w Moskwie.

Aby osiągnąć te wnioski, zespół skoncentrował się na regionie oddalonym od centrum Gromady Warkocza, gdzie gęstość gorącego gazu jest nawet niższa, niż w centrum. Tutaj cząsteczki muszą podróżować na większe odległości – średnio ok. 100 000 lat świetlnych – aby oddziaływać z innymi cząsteczkami. Odległość ta jest wystarczająco duża, aby można ją było zbadać przy użyciu Chandra.

„Być może jednym z najbardziej zaskakujących aspektów jest to, że byliśmy w stanie zbadać fizykę na skalach istotnych dla interakcji między cząsteczkami atomowymi w obiekcie oddalonym o 320 mln lat świetlnych. Takie obserwacje dają wielkie okazje do wykorzystania gromad galaktyk jako laboratoriów do badania podstawowych właściwości gorącego gazu” – powiedział współautor Alexander Schekochihin z Uniwersytetu Oksfordzkiego w Wielkiej Brytanii.

Dlaczego lepkość gorącego gazu Warkocza jest tak niska? Jednym z wyjaśnień jest obecność drobnych nieregularności w polu magnetycznym gromady. Te nieregularności mogą odchylać cząsteczki w gorącym gazie, który składa się z naładowanych elektrycznie cząsteczek, głównie elektronów i protonów. Odchylenia te zmniejszają odległość, na jaką cząsteczka może się swobodnie poruszać, a co za tym idzie, lepkość gazu.

Znajomość lepkości gazu w gromadzie galaktyk i tego, jak łatwo rozwija się turbulencja, pomaga naukowcom zrozumieć wpływ ważnych zjawisk, takich jak zderzenia i połączenia z innymi gromadami galaktyk i grupami galaktyk. Turbulencje generowane przez te potężne zdarzenia mogą działać jako źródło ciepła, zapobiegając chłodzeniu gorącego gazu w gromadach, tworząc miliardy nowych gwiazd.

Do tego badania naukowcy wybrali gromadę Warkocza, ponieważ ma ona najlepszą kombinację wymaganych właściwości fizycznych. Średnia odległość między zderzeniami cząsteczek jest większa dla gazu o wyższych temperaturach i niższych gęstościach. Gromada Warkocza jest gorętsza od innych najjaśniejszych gromad galaktyk w pobliżu i ma stosunkowo niską gęstość, w przeciwieństwie do chłodnych i gęstych jąder innych jasnych gromad galaktyk, w tym Perseusza i Panny. Daje to astronomom szansę wykorzystania gromady Warkocza jako laboratorium do badania fizyki plazmy.

Przyszłe bezpośrednie pomiary prędkości ruchów gazu za pomocą misji X-ray Imaging and Spectroscopy Mission (XRISM), dostarczą więcej szczegółów na temat dynamiki gromady, pozwalając naukowcom na przeprowadzenie solidnych badań wielu pobliskich gromad galaktyk.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:

Popularne posty z tego bloga

Wykryto największą eksplozję w historii Wszechświata

Naukowcy badający odległą gromadę galaktyk odkryli największą eksplozję obserwowaną we Wszechświecie od czasów Wielkiego Wybuchu.

Wybuch pochodził z supermasywnej czarnej dziury w centrum odległej o setki milionów lat świetlnych stąd galaktyki. W trakcie eksplozji zostało uwolnione pięć razy więcej energii, niż przy poprzednim ówczesnym najpotężniejszym wybuchu.
Astronomowie dokonali tego odkrycia przy użyciu danych z obserwatorium rentgenowskiego Chandra i XMM-Newton, a także danych radiowych z Murchison Widefield Array (MWA) w Australii i Giant Metrewave Radio Telescope (GMRT) w Indiach.
Ten potężny wybuch został wykryty w gromadzie galaktyk Ophiuchus, która znajduje się około 390 mln lat świetlnych stąd. Gromady galaktyk to największe struktury we Wszechświecie utrzymywane razem przez grawitację, zawierające tysiące pojedynczych galaktyk, ciemną materię i gorący gaz.
W centrum gromady Ophiuchus znajduje się duża galaktyka zawierająca supermasywną czarną dziurę. Naukowcy uważają, że źró…

Odkryto najbliższą znaną „olbrzymią planetę niemowlęcą”

Nowonarodzona masywna planeta znajduje się zaledwie 100 parseków od Ziemi.

Naukowcy odkryli nowonarodzoną masywną planetę bliższą Ziemi niż jakikolwiek tego typu obiekt w podobnym wieku. Olbrzymia niemowlęca planeta, nazwana 2MASS 1155-7919 b, znajduje się w asocjacji Epsilon Chamaeleontis i leży tylko około 330 lat świetlnych od naszego Układu Słonecznego.
„Ciemny, chłodny obiekt, który znaleźliśmy, jest bardzo młody i ma zaledwie 10 mas Jowisza, co oznacza, że prawdopodobnie patrzymy na planetę niemowlęcą, być może wciąż w fazie formowania się. Chociaż zostało odkrytych wiele innych planet podczas misji Kepler i innych podobnych, prawie wszystkie z nich są planetami ‘starymi’. Obiekt ten jest jednocześnie czwartym lub piątym przykładem planety olbrzymiej krążącej tak daleko od swojej gwiazdy macierzystej. Teoretycy usiłują wyjaśnić, w jaki sposób się tam uformowały lub jak tam dotarły” – powiedziała Annie Dickson-Vandervelde, główna autorka pracy.
Do odkrycia naukowcy wykorzystali dane…

Czy rozwiązano tajemnicę ekspansji Wszechświata?

Badacz z Uniwersytetu Genewskiego rozwiązał naukową kontrowersję dotyczącą tempa ekspansji Wszechświata, sugerując, że na dużą skalę nie jest ono całkowicie jednorodne.


Ziemia, Układ Słoneczny, cała Droga Mleczna i kilka tysięcy najbliższych nam galaktyk porusza się w ogromnym „bąblu” o średnicy 250 mln lat świetlnych, gdzie średnia gęstość materii jest o połowę mniejsza niż w pozostałej części Wszechświata. Taka jest hipoteza wysunięta przez fizyka teoretyka z Uniwersytetu Genewskiego (UNIGE) jako rozwiązanie zagadki, która od dziesięcioleci dzieli społeczność naukową: z jaką prędkością rozszerza się Wszechświat? Do tej pory co najmniej dwie niezależne metody obliczeniowe osiągnęły dwie wartości różniące się o około 10% z odchyleniem, które jest statystycznie nie do pogodzenia. Nowe podejście usuwa tę rozbieżność bez korzystania z „nowej fizyki”.
Wszechświat rozszerza się od czasu Wielkiego Wybuchu, który miał miejsce 13,8 mld lat temu – propozycja po raz pierwszy przedstawiona przez b…