Ударные волны впервые наблюдаются вокруг галактических нитей
Используя изображения с нескольких радиотелескопов, астрономы впервые наблюдали ударные волны, пульсирующие вдоль нитей космической паутины. Их присутствие было обнаружено благодаря свету, который они производят, когда посылают заряженные частицы через межгалактические магнитные поля. Наблюдение этого явления может помочь ученым понять свойства и происхождение этих огромных магнитных полей.
Космическая паутина относится к скоплениям, нитям и пустотам, которые составляют крупномасштабную структуру Вселенной. Скопления галактик, соединенные нитями, образуются на пересечениях космической паутины; это самые плотные области пространства. Пустоты, которые являются наименее плотными областями, заполняют большую часть объема. Эта нитевидная структура газа является одним из основных предсказаний модели Лямбда-CDM, космологической модели Большого взрыва и образования галактик.
Исследования показали, что формирование этих космических структур не может происходить без сильного ударного нагрева обычной материи, которая должна заполнить плазмой огромные объемы Вселенной. Электроны, ускоренные этими ударами материи в межгалактических магнитных полях, теоретически должны генерировать синхротронное излучение. Хотя многие симуляции предсказывают и моделируют это синхротронное излучение, до сих пор оно не было подтверждено наблюдениями. Команда из Международного центра радиоастрономических исследований (ICRAR) теперь сообщает о первых свидетельствах сильных ударных волн вокруг галактических нитей.
Поскольку они пронизывают всю Вселенную, от планет и звезд до самых больших пространств между галактиками, магнитные поля играют фундаментальную роль в формировании галактических и космических структур - роль, которую ученые еще не до конца поняли. "В наших знаниях об этих магнитных полях, таких как их интенсивность, их эволюция и их роль в формировании этой космической сети, все еще есть пробелы", — подтверждает доктор Тесса Вернстром, астроном из Университета Западной Австралии и первый автор исследования, в котором сообщается об этом открытии.
Вернстром объясняет в своем заявлении, что когда материя сливается во Вселенной (под действием гравитации), возникает ударная волна, которая ускоряет частицы, усиливая межгалактические магнитные поля. Это явление ранее наблюдалось в скоплениях с большой массой (более 1014 масс Солнца) и считалось "сигнатурой" столкновений между скоплениями галактик.
Теоретически, эти ударные волны должны возникать и вокруг небольших групп галактик и космических нитей - и таким образом "освещать" космическую паутину в радиодиапазоне. Вернстром и ее команда начали поиск этого "радиосияния" космической паутины в 2020 году, что является достаточно сложной задачей.
"Мы ожидаем, что это радиосвечение будет очень слабым и распределено на больших площадях, что означает, что его очень трудно обнаружить напрямую", — объясняет Вернстром. К этому добавляется тот факт, что свечение, скорее всего, будет затмеваться сигналами от более ярких галактик и/или маскироваться шумом, создаваемым используемыми телескопами.
Чтобы обойти эту проблему, вместо непосредственного наблюдения этих радиоударных волн команда использовала технику, известную как суммирование - метод, который предполагает усреднение изображений многих объектов, слишком слабых, чтобы увидеть их по отдельности, тем самым усиливая сигнал.
Первые доказательства существования межгалактических магнитных полей
Для этого они использовали данные и радиокарты всего неба из Глобального обзора магнито-ионной среды, архива наследия Планка, массива длинных волн Оуэнс-Вэлли и широкопольного массива Мерчисона. Они объединили радиоизображения более 600 000 пар близлежащих галактических скоплений (которые могут быть соединены нитями), чтобы создать единое "сложенное" изображение. Затем они обнаружили слабое радиосвечение между парами скоплений, которое можно отнести к космическим магнитным полям.
Однако, поскольку это было среднее значение, потенциально оно могло исходить от других источников (галактик или других небесных объектов). Чтобы подтвердить их происхождение, доктор Вернстром решила сосредоточиться на несколько ином сигнале: поляризованном радиоизлучении. "Ударные волны упорядочивают магнитные поля, а это означает, что излучаемое ими радиоизлучение сильно поляризовано", — объясняет она в журнале The Conversation.
Поэтому исследователи повторили процедуру суммирования, но уже с использованием карт поляризованного радиоизлучения. Оказалось, что лишь немногие источники излучают поляризованное радиоизлучение, поэтому результаты исследователей оказались не столь запутанными. Они наблюдали кольцо поляризованного света на краях скоплений, где магнитные поля упорядочены, а также избыток сильно поляризованного света между скоплениями - что они интерпретировали как выбросы, вызванные ударными волнами в нитях.
"Мы обнаружили поляризационную сигнатуру синхротронного излучения с долями поляризации ≥20%, что лучше всего объясняется организацией локальных магнитных полей сильными ударными волнами как на периферии скоплений, так и между скоплениями", — сообщается в журнале . Результаты оказались в полном согласии с космологическим моделированием.
Это открытие не только является первым подтверждением теоретических предсказаний космической паутины, но и дает новое представление о магнитных полях космоса. Эти результаты могут помочь понять происхождение этих полей и то, как они эволюционировали с момента зарождения Вселенной.