Luglio 1, 2022

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Massicce collisioni legate alla scienza del sistema solare

Un nuovo studio mostra una profonda connessione tra alcuni degli eventi più grandi ed energetici dell’universo e gli eventi più piccoli e deboli alimentati dal nostro sole.

I risultati sono venuti da una lunga osservazione con l’Osservatorio a raggi X Chandra della NASA ad Abell 2146, una coppia di gruppi di galassie in collisione situati a circa 2,8 miliardi di anni luce dalla Terra. Il nuovo studio è stato condotto da Helen Russell della School of Physics and Astronomy dell’Università di Nottingham.

Gli ammassi galattici contengono centinaia di galassie ed enormi quantità di gas caldo e materia oscura e sono tra le strutture più grandi dell’universo. Le collisioni tra ammassi di galassie rilasciano enormi quantità di energia che non si vedevano dal big bang e forniscono agli scienziati laboratori fisici non disponibili qui sulla Terra.

In questa immagine composita di Abell 2146*, i dati ai raggi X di Chandra (viola) mostrano gas caldi e i dati ottici del telescopio Subaru mostrano le galassie (rosse e bianche). Un gruppo (etichettato n. 2) si sposta in basso a sinistra nella direzione mostrata e interseca l’altro gruppo (n. 1). Il gas caldo nel primo produce un’onda d’urto, come un boom sonico generato da un jet supersonico, mentre si scontra con il gas caldo nell’altro.

L’onda d’urto è distante circa 1,6 milioni di anni luce e può essere facilmente vista in una versione dell’immagine a raggi X che è stata elaborata per evidenziare le caratteristiche nitide. Sono inoltre indicati il ​​nucleo centrale del gas caldo nel gruppo 2 e la coda del gas residuo. Una seconda onda d’urto della stessa dimensione appare dietro la collisione. Chiamato “shock a monte”, caratteristiche come queste derivano dalla complessa interazione del gas estratto dalla massa in entrata e del gas dalla massa circostante. Viene classificata anche la galassia più luminosa e massiccia di ciascun ammasso.

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Le onde d’urto come quelle di un getto ipersonico sono onde d’urto, che comportano collisioni dirette tra le particelle. Nell’atmosfera terrestre vicino al livello del mare, le molecole di gas viaggiano tipicamente per circa 4 milionesimi di pollice prima di entrare in collisione con un’altra particella.

Al contrario, negli ammassi di galassie e nel vento solare – flussi di particelle sospinti dal Sole – le collisioni dirette tra le particelle si verificano molto raramente per produrre onde d’urto perché il gas è così diffuso e con una densità incredibilmente bassa. Ad esempio, negli ammassi di galassie, le particelle dovrebbero viaggiare da 30.000 a 50.000 anni luce prima di entrare in collisione. Invece, gli shock in questi ambienti cosmici sono “privi di collisioni”, generati dalle interazioni tra particelle cariche e campi magnetici.

Chandra osservò Abell 2146 per circa 23 giorni, fornendo l’immagine a raggi X più profonda mai vista delle interfacce di impatto di un gruppo galattico. I due fronti d’urto di Abell 2146 sono tra i fronti d’urto più luminosi e visibili conosciuti tra gli ammassi di galassie.

Helen ha commentato: “Ho scoperto questi fronti d’urto per la prima volta in una breve nota precedente a Chandra quando ero una studentessa di dottorato. È stata una scoperta emozionante e un viaggio meraviglioso in questa osservazione profonda e storica che ha rivelato la struttura dettagliata dell’onda d’urto”.

Usando questi potenti dati, Russell e il suo team hanno studiato la temperatura del gas dietro le onde d’urto ad Abell 2146. Hanno mostrato che gli elettroni erano riscaldati principalmente dalla pressione del gas dello shock, un effetto simile a quello osservato nel vento solare. Il resto del riscaldamento è avvenuto a causa di collisioni di particelle. Poiché il gas è così diffuso, questo riscaldamento aggiuntivo è avvenuto lentamente, nel corso di 200 milioni di anni.

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Chandra crea immagini così nitide che può effettivamente misurare quanto il movimento casuale del gas è distorto sulla parte anteriore dell’onda d’urto che, secondo la teoria, dovrebbe essere molto più stretta. Per questo gruppo, hanno misurato i movimenti casuali del gas a circa 650.000 miglia orarie.

Le onde d’urto senza collisione sono importanti in molte altre aree di ricerca. Ad esempio, le radiazioni degli shock del vento solare possono influire negativamente sul funzionamento dei veicoli spaziali, nonché sulla sicurezza degli esseri umani nello spazio.

Fonte della storia:

Materiali offerto da Università di Nottingham. Nota: il contenuto può essere modificato in base allo stile e alla lunghezza.