Simulationen klären jahrzehntelanges Rätsel um kosmische Radiorelikte

Eine wissenschaftliche Untersuchung, die Ende 2025 veröffentlicht wurde, liefert eine fundierte Erklärung für das fortbestehende Phänomen der geisterhaften Radiorelikte im Universum. Diese gigantischen, bogenförmigen Strukturen erstrecken sich über Millionen von Lichtjahren und entstehen durch Stoßwellen, die bei der Kollision von Galaxienhaufen entstehen und Elektronen auf nahezu Lichtgeschwindigkeit beschleunigen. Die Forschung wurde von einem Team des Leibniz-Instituts für Astrophysik Potsdam (AIP) in Deutschland durchgeführt, wobei die Ergebnisse im November 2025 zur Publikation in der Fachzeitschrift Astronomy & Astrophysics angenommen wurden.

Die methodische Grundlage der Arbeit bildete der Einsatz hochauflösender, realistischer kosmologischer Simulationen, die mittels eines neuartigen Multi-Skalen-Ansatzes realisiert wurden. Dieser Ansatz ermöglichte es den Forschern, die Entstehung und die gesamte Evolution dieser Relikte detailgetreu nachzuvollziehen, wobei der Fokus auf der Interaktion einer primären Stoßwelle mit turbulenten Regionen innerhalb des Galaxienhaufens lag. Die Simulationen verbanden die Physik massiver Galaxienhaufen mit den Elektronenbahnen um Magnetfelder, was einen Skalenunterschied von einer Billion Mal überbrückte.

Zentrale Beobachtungsdaten, die bisher eine Erklärung verweigerten, betrafen die unerwartet hohen Magnetfeldstärken innerhalb der Relikte im Vergleich zu theoretischen Vorhersagen sowie Inkonsistenzen bei der Messung der Stoßwellenstärke zwischen Radio- und Röntgenbeobachtungen. Insbesondere deuteten Röntgenmessungen oft auf Stoßwellen hin, die zu schwach sind, um die beobachtete Elektronenbeschleunigung zu erklären. Die Wissenschaftler des AIP, zu denen Dr. Joseph Whittingham als federführender Autor zählt, leiteten zwei entscheidende Schlussfolgerungen aus ihren Modellen ab.

Erstens wird die hohe Magnetfeldstärke dadurch erklärt, dass die Hauptstoßwelle mit kleineren, nachlaufenden Schocks kollidiert, was Turbulenzen erzeugt, welche die Magnetfeldlinien komprimieren. Die zweite Auflösung betrifft die Diskrepanz zwischen Radio- und Röntgenbefunden: Die Stoßfronten sind nicht homogen, sondern weisen lokal stark ausgeprägte Bereiche auf, die das intensive Radiosignal dominieren. Teleskope, die im Röntgenbereich messen, erfassen hingegen lediglich den global niedrigeren Durchschnittswert der Stoßfront, wodurch die scheinbare Inkohärenz aufgelöst wird.

Die Relevanz dieser Entdeckung ist immens, da sie ein jahrzehntelang bestehendes astronomisches Paradoxon löst, welches die beobachteten Strukturen theoretisch nicht zuließ. Dutzende dieser Relikte wurden katalogisiert, doch ihre beobachteten Eigenschaften widersprachen etablierten Modellen, was frühere Beobachtungen von Instrumenten wie dem Chandra X-ray Observatory der NASA und XMM-Newton der ESA in den Fokus rückte. Die nun etablierte Simulationstechnik, die von der großräumigen Entwicklung bis hin zu den kleinsten Teilchenprozessen reicht, bietet ein robustes physikalisches Gerüst für das Verständnis dieser extremen Beschleunigungsmechanismen.