Nieuwe Simulaties Verklaren Bestaan Spookachtige Radio-Relieken in Kosmos

Een recente wetenschappelijke publicatie uit november 2025 biedt een sluitende theoretische verklaring voor de aanwezigheid van mysterieuze, spookachtige radio-relieken die zich uitstrekken over het heelal. Deze gigantische, boogvormige structuren, die miljoenen lichtjaren beslaan, ontstaan door schokgolven die vrijkomen bij de botsing van clusterstelsels, waarbij elektronen tot bijna de lichtsnelheid worden versneld. Het onderzoeksteam van het Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam (AIP) in Duitsland presenteerde deze bevindingen, die formeel werden aanvaard voor publicatie in het tijdschrift Astronomy & Astrophysics in diezelfde maand.

De kern van deze theoretische doorbraak ligt in de toepassing van hoog-resolutie, realistische kosmologische simulaties, uitgevoerd met een multi-schaalbenadering door de onderzoekers van het AIP. Deze methode stelde het team in staat de geboorte en evolutie van de relieken nauwkeurig te reconstrueren, met specifieke focus op de dynamiek van één enkele schokgolf die door turbulente zones binnen het cluster navigeert. Galaxy clusters, de grootste door zwaartekracht gebonden structuren in het universum, omvatten honderden tot duizenden sterrenstelsels, en hun botsingen ontketenen energieën die vergelijkbaar zijn met die kort na de Oerknal.

Met deze bevindingen wordt een decennialang raadsel over de waargenomen magnetische veldsterktes in deze relieken opgelost, die volgens eerdere voorspellingen te hoog waren. De simulaties toonden aan dat wanneer een uitdijende schokgolf de randen van een cluster bereikt, deze botst met andere schokken veroorzaakt door koud gas dat vanuit het kosmische web naar binnen valt. Deze interactie comprimeert het plasma tot een dichte laag die vervolgens op kleinere gasbulten botst, wat een kosmische maalstroom genereert die turbulentie veroorzaakt en de magnetische veldlijnen zodanig verdraait en samendrukt dat de waargenomen sterke velden worden bereikt, aldus medeauteur Professor Christoph Pfrommer.

Daarnaast verklaart de studie een hardnekkige inconsistentie tussen de schokgolfmetingen in radio- en röntgenstraling, waarbij radio-observaties een sterkere schok suggereerden dan röntgenobservaties. De AIP-conclusie is dat deze discrepantie wordt verklaard doordat de schokfronten niet uniform zijn: lokale, sterke gebieden genereren het dominante radiosignaal, terwijl röntgentelescopen, zoals de Chandra X-ray Observatory van NASA en XMM-Newton van ESA, een lager globaal gemiddelde meten over het gehele, zwakkere front. Hoofdauteur Joseph Whittingham, een postdoctoraal onderzoeker bij AIP, benadrukte dat het succes lag in het modelleren over verschillende schalen, van de miljarden jaren durende groei van clusters tot de fijnmazige fysica van de schok.

Het AIP, de opvolger van de Berlijnse Sterrenwacht uit 1700, zet hiermee een belangrijke stap in de extragalactische astrofysica, een vakgebied waar het instituut sinds 1874 expliciet onderzoek naar doet. Het multi-schaalmodel, dat de fysica over een biljoen keer verschil in schaal overbrugt, reproduceerde de combinatie van magnetische, radio- en röntgenkenmerken die astronomen in echte relieken waarnemen. Deze bevindingen bieden een robuust raamwerk voor het begrijpen van de elektronenversnelling in deze extreme kosmische omgevingen en motiveren verder onderzoek naar de resterende onopgeloste vraagstukken rondom deze kosmische fenomenen.