Colosales colisiones vinculadas a la ciencia del sistema solar

Un nuevo estudio muestra una profunda conexión entre algunos de los eventos más grandes y energéticos del universo y eventos mucho más pequeños y débiles impulsados ​​por nuestro propio Sol.

Los resultados provienen de una larga observación con el Observatorio de rayos X Chandra de la NASA de Abell 2146, un par de cúmulos de galaxias en colisión ubicados a unos 2.800 millones de años luz de la Tierra. El nuevo estudio fue dirigido por Helen Russell de la Facultad de Física y Astronomía de la Universidad de Nottingham.

Los cúmulos de galaxias contienen cientos de galaxias y enormes cantidades de gas caliente y materia oscura y se encuentran entre las estructuras más grandes del universo. Las colisiones entre cúmulos de galaxias liberan enormes cantidades de energía no vistas desde el Big Bang y proporcionan a los científicos laboratorios de física que no están disponibles aquí en la Tierra.

En esta imagen compuesta de Abell 2146*, los datos de rayos X de Chandra (púrpura) muestran gases calientes y los datos ópticos del Telescopio Subaru muestran galaxias (roja y blanca). Un grupo (etiquetado #2) se mueve hacia la izquierda en la dirección que se muestra y cruza al otro grupo (#1). El gas caliente del primero produce una onda de choque, como un estampido sónico generado por un chorro supersónico, cuando choca con el gas caliente del otro grupo.

La onda de choque está a unos 1,6 millones de años luz de distancia y se ve más fácilmente en una versión de la imagen de rayos X que ha sido procesada para acentuar las características nítidas. También están etiquetados el núcleo central de gas caliente en el grupo #2 y la cola de gas que dejó atrás. Una segunda onda de choque de tamaño similar es visible detrás de la colisión. Este tipo de características, denominadas «choque aguas arriba», resultan de la compleja interacción del gas extraído del cúmulo de entrada y el gas del cúmulo circundante. También se etiqueta la galaxia más brillante y masiva de cada cúmulo.

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Las ondas de choque como las generadas por un chorro supersónico son choques de colisión, que implican colisiones directas entre partículas. En la atmósfera de la Tierra cerca del nivel del mar, las partículas de gas normalmente viajan solo alrededor de 4 millonésimas de pulgada antes de chocar con otra partícula.

Por otro lado, en los cúmulos de galaxias y en el viento solar (corrientes de partículas impulsadas por el Sol), las colisiones directas entre partículas ocurren muy raramente para producir ondas de choque porque el gas es muy difuso, con una densidad increíblemente baja. Por ejemplo, en los cúmulos de galaxias, las partículas normalmente necesitan viajar entre 30 000 y 50 000 años luz antes de colisionar. En cambio, los choques en estos entornos cósmicos están «libres de colisiones», generados por interacciones entre partículas cargadas y campos magnéticos.

Chandra observó Abell 2146 durante un total de aproximadamente 23 días, proporcionando la imagen de rayos X más profunda de frentes de choque en un cúmulo de galaxias jamás vista. Los dos frentes de choque de Abell 2146 se encuentran entre los frentes de choque más brillantes y claros conocidos entre los cúmulos de galaxias.

Helen comentó: “Detecté por primera vez estos frentes de choque en una breve observación anterior de Chandra cuando era estudiante de doctorado. Fue un descubrimiento emocionante y un viaje fantástico a esta observación profunda y heredada, revelando la estructura detallada del choque.

Usando estos poderosos datos, Russell y su equipo estudiaron la temperatura del gas detrás de las ondas de choque en Abell 2146. Demostraron que los electrones se calentaban principalmente por la compresión del gas por el choque, un efecto similar al observado en la energía solar. viento. El resto del calentamiento tuvo lugar a través de colisiones de partículas. Debido a que el gas es tan difuso, este calentamiento adicional tuvo lugar lentamente, durante unos 200 millones de años.

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Chandra crea imágenes tan nítidas que en realidad puede medir cuánto movimiento aleatorio de gas desdibuja el frente de choque que, según la teoría, debería ser mucho más estrecho. Para este grupo, miden movimientos aleatorios de gas de aproximadamente 650 000 millas por hora.

Las ondas de choque libres de colisiones son importantes en otras áreas de investigación. Por ejemplo, la radiación producida por los choques del viento solar puede tener un impacto negativo en el funcionamiento de las naves espaciales, así como en la seguridad de los humanos en el espacio.

Fuente de la historia:

materiales proporcionado por Universidad de Nottingham. Nota: El contenido se puede editar por estilo y duración.

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