Rzucenie nowego światła na duże struktury kosmiczne
Gromady galaktyk to jedne z największych struktur we Wszechświecie, a tym, co sprawia, że się nie rozpadają, jest grawitacja. Tworzą one skupiska złożone z setek, a nawet tysięcy galaktyk i zawierają ogromne ilości gorącego gazu oraz ciemnej materii. „Z czasem skupiska te powiększają się w wyniku połączenia z innymi gromadami i przyciągania materii z otoczenia”, wyjaśnia Reinout van Weeren(odnośnik otworzy się w nowym oknie) z Uniwersytetu Lejdejskiego(odnośnik otworzy się w nowym oknie) w Holandii, koordynator projektu ClusterWeb. „Materia ta przemieszcza się wzdłuż długich struktur, zwanych włóknami kosmicznej sieci”.
Gaz, galaktyki i ciemna materia
Włókna te, złożone z gazu, galaktyk i ciemnej materii, rozciągają się w przestrzeni Wszechświata, łącząc ze sobą różne gromady. Dzięki radioteleskopom udało się wykryć słabą emisję radiową z gromad galaktyk, wytwarzaną przez wysokoenergetyczne cząstki poruszające się z prędkością bliską prędkości światła. „Najważniejsze pytanie dotyczy tego, w jaki sposób cząstki te są przyspieszane do tak wysokich energii”, zastanawia się van Weeren. „Celem tego projektu było zbadanie pochodzenia tej emisji radiowej i określenie procesów fizycznych, które stoją za przyspieszaniem tych cząstek”. Projekt ClusterWeb, wspierany z ramienia Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych(odnośnik otworzy się w nowym oknie), koncentrował się na obserwacji gromad galaktyk i włókien sieci kosmicznej na bardzo niskich częstotliwościach radiowych, gdzie emisja radiowa jest zazwyczaj jaśniejsza, a zatem łatwiej ją wykryć. Van Weeren i jego współpracownicy postanowili wykorzystać obserwacje z radioteleskopu LOFAR(odnośnik otworzy się w nowym oknie), europejskiego urządzenia przeznaczonego do obserwacji nieba na niskich częstotliwościach radiowych. „Nasze badanie skupiło się na kilkuset gromadach galaktyk”, wyjaśnia. „Naszym celem było stworzenie szczegółowych obrazów i zrozumienie, w jaki sposób emisja radiowa wiąże się z właściwościami, takimi jak masa gromady i aktywność podczas fuzji”.
Obrazy gromad i włókien w wysokiej rozdzielczości
Chociaż radioteleskop LOFAR umożliwił zespołowi projektu uzyskanie znacznie wyższej czułości i rozdzielczości niż poprzednie teleskopy, analiza danych okazała się sporym wyzwaniem. „Po pierwsze, ilość danych jest ogromna, co wymaga zaawansowanych metod przetwarzania”, zaznacza van Weeren. „Po drugie, przy niskich częstotliwościach jonosfera Ziemi zniekształca docierające fale radiowe, co powoduje rozmycie obrazów. Z tego względu główną częścią projektu było opracowanie nowych technik korygowania tych zniekształceń, które pozwoliły nam uzyskać wyraźne obrazy gromad i włókien w wysokiej rozdzielczości”. W ramach projektu uczeni zdołali zdobyć mocne dowody na to, że tym, co stoi za przyspieszaniem cząstek do bardzo wysokich energii, są wstrząsy i turbulencje powstające podczas zderzenia i łączenia się gromad. Zespół był również w stanie zmierzyć właściwości pól magnetycznych w gromadach i włóknach, które odgrywają centralną rolę w kształtowaniu emisji radiowej. „Ponadto zaobserwowaliśmy, że dżety wyrzucane z supermasywnych czarnych dziur znajdujących się w galaktykach należących do gromady mogą wpychać energetyczne cząstki w głąb gorącego gazu gromady i znacząco wpływać na jego zachowanie”, dodaje van Weeren.
Powstawanie gromad i ewolucja pól magnetycznych
Wyniki tych badań pomogą naukowcom w lepszym zrozumieniu procesów fizycznych, zwłaszcza przyspieszania cząstek, zachodzących w całym Wszechświecie. Ponadto rzucają one więcej światła na sposób, w jaki największe kosmiczne struktury, takie jak gromady i włókna, zmieniają się w czasie. „Na poziomie technicznym opracowane przez nas metody korygowania zniekształconych danych radiowych mogą teraz znaleźć szersze zastosowanie, poprawiając jakość obrazu innych obserwacji radiowych i doprowadzając do nowych odkryć”, mówi van Weeren. Następnym krokiem będzie zbadanie bardziej odległych gromad i ich związków z włóknami, dzięki czemu uczeni zgłębią tajniki powstawania tych struktur oraz źródeł i ewolucji pól magnetycznych. Będzie to wymagało jeszcze dokładniejszych obserwacji i łączenia danych z wielu częstotliwości radiowych – wszystko to z nadzieją na uzyskanie pełniejszego obrazu tych złożonych struktur.