Radiohalos einschalten
Es wurden verschiedene Modelle vorgeschlagen, um Riesenradiohalos zu erklären. Kosmische Protonenstrahlen wie Primärelektronen können bspw. durch den Akkretionsschock aktiver Galaxienkerne beschleunigt werden. Im Gegensatz zu Primärelektronen gestaltet sich deren Energieverlust weniger effizient, sodass ein Cluster-Radiohalo entsteht. Dieses Modell kann jedoch nicht die Komplexität der beobachteten Riesenradiohalo-Eigenschaften erklären. Eine zweite Möglichkeit ist, dass energetische Elektronen, die für nicht thermale Emissionen verantwortlich sind, auf energieschwächere Elektronen zurückgehen, die aufgrund von Turbulenzen infolge von Clusterverschmelzungen erneut beschleunigt werden. Die am GIANT-RADIO-HALOS-Projekt arbeitenden Astronomen berechneten erstmalig die erneute Beschleunigung kosmischer Strahlenelektronen sowie deren Synchrotronemissionen gemäß den ersten Prinzipien. Zu diesem Zweck wurde ein Modell für kompressible Magnetohydrodynamikturbulenzen in dem Intracluster-Medium definiert. Die nicht lineare Entwicklung des kosmischen Strahlenspektrums wurde über eine Fokker-Planck-Gleichung reproduziert, in der statistische Eigenschaften der Teilchenbewegungen beschrieben sind. Für die Berechnung der Entwicklung des kosmischen Strahlenspektrums infolge von Turbulenzen wurden isotropische Teilchenwinkelverteilungen berücksichtigt und sowohl Energiegewinne als auch Energieverluste miteinbezogen. Magnetohydrodynamiksimulationen einer einzelnen Clusterverschmelzung ermöglichten Astronomen eine Nachverfolgung der Entwicklung relativistischer Elektronenspektren sowie erzeugter Radioemissionen. Die simulierte erneute Beschleunigung reichte aus, um die insgesamt beobachtbaren Radioemissionen im Zentrum des Systems um einen Faktor von mehr als 100 zu steigern. Die sich daraus ergebende Morphologie und Zeitlinie der Radioemissionen deckte sich mit Beobachtungen von Riesenradiohalos. Obwohl die Simulation auf einer sehr einfachen Annahme basierte, hat diese den Weg für eine detailliertere Untersuchung der Turbulenzbeschleunigung relativistischer Elektronen durch fortschrittlichere nummerische Modelle geebnet.
Schlüsselbegriffe
Riesenradiohalos, nicht thermale Emissionen, Galaxienhaufen, kosmische Strahlen, Magnetohydrodynamik