Galaksi kümeleri, evrendeki yerçekimsel olarak birbirine bağlı en büyük yapılardır ve her biri yüzlerce, hatta binlerce galaksi içerir. Bu devlerden ikisi çarpıştığında birbirlerine güçlü şok dalgaları göndererek Büyük Patlama’dan bu yana görülmeyen bir ölçekte enerji açığa çıkarırlar.
Şok dalgaları elektronların üzerinden geçerek onlara enerji verir ve manyetik alan çizgileri etrafında spiral çizerek radyo dalgaları yaymalarına neden olur. Sonuç bir “radyo kalıntısı”: 6 milyon ışıkyılı aşkın bir alana ya da uçtan uca dizilmiş yaklaşık 60-70 Samanyolu galaksisine kadar uzanabilen geniş bir radyo emisyonu yayı.
Ancak son yıllarda radyo kalıntılarıyla ilgili bulmacalar artıyor. Birincisi, gözlemciler bir kalıntıdaki manyetik alan gücünü ölçtüklerinde, değerin açıklanamayacak kadar yüksek olduğunu buluyorlar. Aynı şekilde ilginç bir şekilde, altta yatan şok dalgasının gücü, radyo veya X-ışını dalga boyları kullanılarak mı gözlemlendiğine bağlı olarak değişiyor gibi görünüyor.
Son olarak ve belki de en endişe verici olanı, X-ışını verileri, radyo kalıntılarını besleyen şok dalgalarının çoğunun aslında elektronlara uygun şekilde enerji sağlamak için çok zayıf olduğunu ima ediyor. Bu, bu sonuçları radyo kalıntılarının varlığıyla çelişiyor.
Ancak AIP’deki araştırmacılar nihayet yenilikçi, çok ölçekli bir yaklaşım kullanarak bu sorunları çözmeyi başardılar. AIP’de doktora sonrası araştırmacı ve çalışmanın baş yazarı Dr. Joseph Whittingham, “Başarımızın anahtarı, konuyu çeşitli ölçekler kullanarak ele almaktı” diye açıklıyor. arXiv ön baskı sunucusu.
“Gördüklerimizi daha idealleştirilmiş bir düzende önemli ölçüde daha iyi çözünürlükle kopyalamadan önce ilk olarak kozmolojik simülasyonlarda şok dalgalarının nasıl oluştuğunu izledik.” Son adımda yazarlar, enerjilendirilmiş elektronların evrimini ve bunun sonucunda ortaya çıkan radyo emisyonunu ilk prensiplerden haritalandırdılar. Dolayısıyla onların modellemesi, galaksi kümelerinin boyutuna ilişkin fiziği, bir elektronun yörüngesi kadar küçük ölçeklerde (bir trilyon kat aralıklı ölçekler) meydana gelen süreçlerle birleştiriyor.
Araştırmacılar, şok dalgalarının bir galaksi kümesinin kenarına ulaştığında, soğuk gazın ürettiği diğer şoklarla çarpıştıklarını buldular. Bu işlem çevredeki malzemeyi sıkıştırarak dışarı doğru hareket eden ve burada başka gaz kümelerine karışan yoğun bir gaz tabakası oluşturur. Ortak yazar Prof. Christoph Pfrommer, “Tüm mekanizma türbülans üretiyor, manyetik alanı gözlemlenen güçlere kadar büküyor ve sıkıştırıyor, böylece ilk bulmacayı çözüyor” diyor.
Ek olarak, şok dalgası gaz kümelerinin içinden geçtiğinde, şok cephesinin bir kısmı güçlenerek radyo emisyonunu artırır. Buna karşılık, X-ışını emisyonu ortalama, genel olarak daha zayıf şok gücünü yansıtmaya devam ediyor, böylece iki radyasyon türünden gelen verilerin neden tipik olarak birbiriyle uyuşmadığını açıklıyor ve böylece ikinci bilmeceyi çözüyor.
Son olarak, bir radyo kalıntısının ezici çoğunluğu sadece şok cephesinin en güçlü kısımlarından oluştuğu için, X-ışını verilerinden elde edilen daha düşük ortalama değerler sonuçta şoklarda elektron enerjilenmesi teorisi açısından bir sorun değildir. Whittingham, “Bu başarı bizi, radyo kalıntılarıyla ilgili çözülmemiş gizemleri yanıtlamak için çalışmamızı geliştirmeye motive ediyor” diyor.
